WO2025017778A1 - Semiconductor switch control device, control system, and semiconductor switch control method - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a semiconductor switch control device, a control system, and a semiconductor switch control method.
- Vehicle control devices equipped with multiple ECUs connected via an in-vehicle network have been known for some time.
- the vehicle control device described in Patent Document 1 diagnoses whether an electric parking brake activation switch is stuck on, monitors a wake-up signal linked to the state of the activation switch, and diagnoses the switch as stuck on when the wake-up signal remains at a high level for a predetermined period of time.
- the above vehicle braking system has the problem that it takes a long time to diagnose a stuck-on brake.
- the problem that this invention aims to solve is to provide a semiconductor switch control device, control system, and semiconductor switch control method that enable the diagnosis of a stuck-on state in a short period of time.
- the present invention solves the above problem by determining the electrical current state downstream of the semiconductor switch based on the detection value of the detection circuit while an OFF command to turn off the semiconductor switch is being output, and diagnosing that the semiconductor switch is stuck ON if it is determined that electrical current is flowing downstream of the semiconductor switch.
- the present invention makes it possible to diagnose ON-state fixation in a short period of time.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a power supply system according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a block diagram of the ECU, the load, the low-voltage battery, and the power supply box.
- FIG. 3 is a block diagram of the load, the low voltage battery, and the power box.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a power supply system (control system) 100 according to this embodiment.
- the power supply system is mounted on a vehicle equipped with a high-voltage battery and a low-voltage battery.
- the vehicle is an electric vehicle that uses power stored in the high-voltage battery to drive a traction motor.
- the power supply system 100 is not limited to electric vehicles, and may also be mounted on hybrid vehicles equipped with an engine and a motor, or vehicles (ICE vehicles) that obtain power from an engine rather than a motor.
- the power supply system 100 is applicable to a variety of powertrains.
- the power supply system 100 includes a low-voltage battery 1, a load 2, a power supply box 3, a power distribution box 4, a DCDC converter 5, a drive motor 6, an inverter 7, and a high-voltage battery 8.
- the low-voltage battery 1 is a low-voltage power source for operating a load 2 such as auxiliary equipment.
- the rated voltage of the low-voltage battery 1 is lower than the rated voltage of the high-voltage battery 8, and the battery capacity of the low-voltage battery is also lower than the battery capacity of the high-voltage battery 8.
- the low-voltage battery 1 is a battery of 50 volts or less, for example a 12 V battery. In other words, the low-voltage battery 1 is a battery of 50 volts or less and/or a battery for auxiliary equipment.
- the low-voltage battery 1 is connected to the load 2 via a semiconductor switch 12.
- the low-voltage battery 1 is a secondary battery such as a lithium-ion battery or a lead battery.
- the low-voltage battery 1 can be charged by the power of the high-voltage battery 8. When the vehicle is stopped/parked, the low-voltage battery 1 can be charged by the power of the high-voltage battery 8, and the remaining capacity of the low-voltage battery 1 is maintained at or above a predetermined value.
- the power supply box 3 is a supply device that supplies power from the low-voltage battery 1 to the load 2, and has a first ECU 10, a detection circuit 11, and a semiconductor switch 12.
- the first ECU 10 is an electronic control device that controls the on/off switching of the semiconductor switch 12 and diagnoses whether the semiconductor switch 12 is stuck on.
- the first ECU 10 determines the electrical current state downstream of the semiconductor switch 12 based on the detection value of the detection circuit 11, and diagnoses whether the semiconductor switch 12 is stuck on based on the determination result.
- the detection circuit 11 is connected between the semiconductor switch 12 and the load 2, and detects the voltage and/or current downstream of the semiconductor switch 12. Since the power of the low-voltage battery 1 is output from the semiconductor switch 12 to the load 2, the detection circuit 11 is provided on the output side from the semiconductor switch 12 to the load.
- the detection circuit 11 has a voltage detection terminal (voltage sensor), a shunt resistor, a current sensor, or the like.
- the detection circuit 11 is connected to the first ECU 10, and the detection value of the detection circuit (detected voltage and/or detected current) is output to the first ECU 10.
- the semiconductor switch 12 is connected between the low-voltage battery 1 and the load 2, and switches between electrical conduction and cut-off between the low-voltage battery 1 and the load 2.
- the semiconductor switch 12 may function as a fuse (semiconductor fuse) that cuts off the current between the low-voltage battery 1 and the load 2.
- a fuse semiconductor fuse
- IPD Intelligent Power Device
- protection circuit may be used as the load 2 semiconductor switch 12.
- Load 2 is a load that operates using power supplied from the low-voltage battery.
- Load 2 includes at least on-board equipment related to driving, such as windshield wipers, headlights, and EPS.
- Distribution box 4 branches the current path of the flowing current into a path that flows to low-voltage battery 1 and a path that flows the current of low-voltage battery 1 to load 2.
- the DCDC converter 5 is connected between the low-voltage battery 1 and the high-voltage battery 8, and converts the output voltage of the high-voltage battery 8 and outputs it as a charging voltage for the low-voltage battery 1.
- the DCDC converter 5 may convert the output voltage of the high-voltage battery 8 and output the converted voltage to the load 2.
- the drive motor 6 is connected to the high-voltage battery 8 via an inverter 7.
- the drive motor 6 is connected to the wheels and is driven by power from the high-voltage battery 8.
- the inverter 7 is a power converter that converts the power supplied from the high-voltage battery 8 during power running and supplies it to the drive motor 6. During regeneration, the inverter 7 converts the power generated by the drive motor 6 and outputs it to the high-voltage battery 8.
- the high-voltage battery 8 comprises multiple secondary batteries (lithium ion batteries) connected in series and/or parallel.
- the rated voltage and battery capacity of the high-voltage battery 8 are higher than those of the low-voltage battery 1.
- the high-voltage battery 8 is a drive battery, and is connected to the drive motor 6 via an inverter 7.
- the high-voltage battery 8 is also connected to the low-voltage battery 1 and the load 2 via a DCDC converter 5.
- the high-voltage battery 8 is connected to a high-voltage power line.
- the high-voltage line may be a pair of power lines connected to the positive and negative poles of the high-voltage battery 8, respectively.
- a relay switch may be connected to electrically isolate the high-voltage battery 8 from the drive motor 6.
- the cutoff mechanism using a relay switch or the like may have the function of being able to cut off the positive and negative pole lines, respectively.
- the line between the low-voltage battery 1 and the load 2 is a low-voltage line, it is not necessary to connect a cutoff mechanism for the high-voltage battery 8, and a semiconductor switch 12 may be connected instead.
- FIG. 2 is a block diagram of the low-voltage battery 1, the load 2, the power supply box 3, and the second ECU 20.
- the device including the first ECU 10 and the detection circuit 11 corresponds to the "semiconductor switch control device" of the present invention
- the method of diagnosing a stuck-on state by the first ECU 10 corresponds to the "semiconductor switch control method" of the present invention.
- the ECU system including at least the first ECU 10 corresponds to the "control system" of the present invention.
- the power supply box 3 is electrically connected to the low-voltage battery 1 located upstream, and has multiple detection circuits 11, multiple semiconductor switches 12, and a first ECU 10.
- the first ECU 10 and the second ECU 20 are mounted on the vehicle.
- the first ECU 10 receives an operation command from the ECU to turn off the operation of the load 2, it outputs an off switching command (off command) to the semiconductor switch 12.
- the second ECU 20 is illustrated as controlling multiple loads 2, but a second ECU 20 may be provided for each load 2.
- the first ECU 10 can also switch the semiconductor switch 12 on and off without responding to an operation command from the second ECU 20. For example, there are cases where the headlights and steering included in the load 2 maintain an on state if they are headlights, and a steering wheel maintains a steerable state if they are steering, regardless of whether or not there is an operation command from the second ECU 20. For example, suppose that the operation command from the second ECU 20 is temporarily cut off or delayed (signal delay) for some reason while driving at night. In such a case, the first ECU 10 outputs an ON command to the semiconductor switch 12 based on its own judgment, even if no operation command is input from the second ECU 20.
- the first ECU 10 can also output an OFF command to the semiconductor switch 12 based on its own judgment, without responding to an operation command from the second ECU 20.
- the first ECU 10 can separate the master-slave relationship in control between the second ECU 20 and the first ECU 10, and the first ECU 10 becomes the main controller of the load 2 and can control the ON and OFF of the semiconductor switch 12.
- the stuck-on diagnosis of the first ECU 10 will be described with reference to FIG. 2. While the first ECU 10 is outputting an OFF command to turn off the semiconductor switch 12, the first ECU 10 determines the current flow state on the downstream side of the semiconductor switch 12 based on the detection value of the detection circuit 11. If the first ECU 10 determines that the downstream side of the semiconductor switch 12 is conducting, it diagnoses that the semiconductor switch 12 is stuck on (stuck on).
- the first ECU 10 may perform a stuck-on diagnosis in the following manner.
- the first ECU 10 obtains the downstream voltage of the semiconductor switch 12 (hereinafter also referred to as the downstream voltage) by detecting the voltage applied to the voltage detection terminal of the detection circuit 11 while outputting an OFF command to the semiconductor switch 12.
- the first ECU 10 diagnoses that the semiconductor switch 12 is stuck-on when the difference between the upstream voltage of the semiconductor switch 12 (hereinafter also referred to as the upstream voltage) and the downstream voltage is equal to or less than the voltage difference threshold.
- the first ECU 10 diagnoses that the semiconductor switch 12 is not stuck-on (not stuck-on).
- the upstream voltage is the output voltage of the low-voltage battery 1. For example, if a 12V voltage is used for the low-voltage battery 1, the upstream voltage is 12V. It should be noted that the first ECU 10 does not necessarily have to detect the upstream voltage. If the low-voltage battery 1 has a function of automatically recovering its charging voltage by being charged with the power of the high-voltage battery 8 when the remaining capacity of the low-voltage battery 1 becomes low, the upstream voltage may be a fixed voltage.
- the upstream voltage may be detected using a detection circuit having a voltage detection terminal (voltage sensor), a shunt resistor, a current sensor, or the like, in order to detect the voltage and/or current upstream of the semiconductor switch 12.
- the first ECU 10 obtains a power supply voltage from the low-voltage battery 1, and has a function of measuring the power supply voltage (power supply voltage of the first ECU 10). Therefore, the first ECU 10 may use the measured power supply voltage as the upstream voltage.
- the voltage difference threshold corresponds to the voltage drop of the semiconductor switch 12 in a stuck-on state, i.e., when the semiconductor switch 12 is short-circuited, and is preferably set to a value close to 0V.
- the voltage difference threshold is also preferably set according to the capacitance of the capacitor included in the load 2. That is, the voltage difference threshold is preferably set according to the type of load 2. If the load 2 has an element with a capacitive component such as a capacitor, the downstream voltage of the semiconductor switch 12 may be maintained by the capacitive component (does not immediately become 0V) after the semiconductor switch 12 is switched from on to off. The maintained voltage is determined according to the capacitance of the capacitor included in the load 2.
- the voltage difference threshold is set to a value closer to 0V. This allows the first ECU 10 to diagnose whether the semiconductor switch 12 is stuck on while it is off, for example, in a scene where the semiconductor switch 12 switches from on to off and then from off to on in a short time, i.e., when the time between turning off (switching from on to off) and turning on (switching from off to on) the semiconductor switch 12 is short. Also, it is possible to diagnose whether the semiconductor switch 12 is stuck on without waiting for the charge stored in the capacitance component of the load 2 to be discharged.
- the first ECU 10 When the first ECU 10 receives an operation command from the ECU to operate the load 2, it determines the power-on state downstream of the semiconductor switch 12 and diagnoses the stuck-on state before outputting an ON command for the semiconductor switch 12. When the first ECU 10 receives a stop command from the ECU to stop the operation of the load 2, it outputs an OFF command for the semiconductor switch 12 to the semiconductor switch 12, and while the OFF command is being output, it determines the power-on state downstream of the semiconductor switch 12 and diagnoses the stuck-on state. In other words, even when an operation command is input, the first ECU 10 performs a stuck-on diagnosis in addition to controlling the semiconductor switch 12 corresponding to the operation command. This increases the number of times the semiconductor switch 12 is diagnosed as being stuck-on, making it possible to obtain a diagnosis result as quickly as possible when a stuck-on state occurs.
- the first ECU 10 also performs a stuck-on diagnosis at its own timing even when it does not receive an operation command from the second ECU 20. For example, when the first ECU 10 is in a sleep state, such as when the vehicle is parked and the ACC power of the vehicle is on, the first ECU 10 goes from a sleep state to a wake-up state when it receives a command to operate the load 2, and turns on the semiconductor switch 12 in response to the command. At this time, the first ECU 10 diagnoses a stuck-on state before outputting an ON command to the semiconductor switch 12, that is, while outputting an OFF command to the semiconductor switch 12.
- a sleep state such as when the vehicle is parked and the ACC power of the vehicle is on
- the first ECU 10 goes from a sleep state to a wake-up state when it receives a command to operate the load 2, and turns on the semiconductor switch 12 in response to the command.
- the first ECU 10 diagnoses a stuck-on state before outputting an ON command to the semiconductor switch 12, that is, while
- the first ECU 10 may diagnose a stuck-on state while outputting an OFF command to the semiconductor switch 12, even if the second ECU 20 is in a sleep state. That is, the first ECU 10 performs a stuck-on diagnosis regardless of whether an operation command is input from the ECU.
- the low-voltage battery 1 may have a function (auxiliary charging function) to be charged by the high-voltage battery 8 when the remaining capacity becomes low. Therefore, if the semiconductor switch 12 is stuck on, the low-voltage battery 1 and the load 2 cannot be electrically disconnected, and the power of the low-voltage battery 1 is consumed. Even if the power of the low-voltage battery 1 continues to be consumed, the auxiliary charging function operates and the low-voltage battery 1 is charged. As a result, the remaining capacity of the high-voltage battery 8 decreases. In particular, in the case of an electric vehicle that does not have an engine, if the power of the high-voltage battery 8 is consumed due to such a stuck on switch, this may affect the running of the vehicle.
- auxiliary charging function to be charged by the high-voltage battery 8 when the remaining capacity becomes low. Therefore, if the semiconductor switch 12 is stuck on, the low-voltage battery 1 and the load 2 cannot be electrically disconnected, and the power of the low-voltage battery 1 is consumed. Even if the power of
- the diagnosis of the stuck on of the semiconductor switch 12 as in this embodiment is highly useful for a system with a function for recharging the low-voltage battery 1.
- the first ECU 10 diagnoses the stuck-on state by its own judgment even when it does not receive an operation command for the semiconductor switch 12, so that a diagnosis result can be obtained as soon as possible when the stuck-on state occurs. Furthermore, when the first ECU 10 receives an operation command for the load 2 from a source other than the second ECU 20, it diagnoses the stuck-on state before turning on the semiconductor switch 12 and while outputting an OFF command. This makes it possible to increase the number of times the semiconductor switch 12 is diagnosed as stuck-on.
- the first ECU 10 transmits the diagnosis result of the stuck-on state to an ECU that controls loads such as warning lights and buzzers.
- the ECU to which the diagnosis result is transmitted has a load control function for meters, buzzers, etc., and a function for switching the power supply to the load on and off, and when it receives a diagnosis result of a stuck-on state from the first ECU 10, it issues a warning using a warning light in the meter or a buzzer. Note that if the first ECU 10 has a function for controlling loads such as warning lights and buzzers, the first ECU 10 may also issue a warning.
- the first ECU 10 determines the current flow state downstream of the semiconductor switch 12 based on the detection value of the detection circuit 11 while outputting an OFF command to turn off the semiconductor switch 12, and if it determines that the downstream side of the semiconductor switch 12 is current flowing, it diagnoses that the semiconductor switch 12 is stuck on.
- the stuck on state is diagnosed using the determination result of the current flow state downstream of the semiconductor switch 12, so communication with the load 2 is not required. Therefore, the stuck on state can be diagnosed in a short period of time.
- the stuck-on diagnosis time is long, normal control and functions cannot be operated until the diagnosis is completed, resulting in a long wait time.
- the semiconductor switch control device is applied to a vehicle power supply system
- the functions of the auxiliary devices cannot be operated by the low-voltage battery 1 until the diagnosis of the stuck-on of the semiconductor switch 12 is completed. Therefore, if the stuck-on diagnosis time is long, there is a problem that the wait time before the auxiliary devices can be operated becomes long. Furthermore, there is also a problem that the discharge of the low-voltage battery 1 increases until the diagnosis of the stuck-on is completed. In this embodiment, such problems can be solved because the stuck-on can be diagnosed in a short period of time.
- the first ECU 10 obtains the downstream voltage of the semiconductor switch 12 by detecting the voltage applied to the voltage detection terminal included in the detection circuit 11 while outputting the OFF command, and diagnoses that the semiconductor switch 12 is stuck on when the difference between the upstream voltage and the downstream voltage of the semiconductor switch 12 is equal to or less than the voltage difference threshold. This makes it possible to diagnose the semiconductor switch 12 as stuck on in a short period of time, without making the detection circuit 11 have a complex circuit configuration.
- the first ECU 10 inputs an operation command to operate the load 2 from the second ECU 20, which is responsible for controlling the load 2, outputs a switching command to the semiconductor switch 12 in response to the operation command, and performs a stuck-on diagnosis regardless of whether an operation command is input. This makes it possible to increase the number of times the stuck-on diagnosis is performed, and to obtain a diagnosis result as soon as possible when a stuck-on occurs.
- the voltage difference threshold is set according to the capacitance of the capacitor included in the load 2. This makes it possible to diagnose a stuck-on state without waiting for the charge accumulated in the capacitance component of the load 2 to be discharged.
- the first ECU 10 may ensure a time for diagnosing the stuck-on state by estimating the time it takes for the capacitor included in the load 2 to discharge and for the voltage downstream of the semiconductor switch 12 to drop. If the capacitance of the capacitor differs for each load 2, the diagnosis time may be set for each load. In other words, if the discharge rate of the charge stored in the capacitive component of the load 2 is slow, the diagnosis time may be set long.
- the first ECU 10 may transmit the diagnosis result of stuck on to an ECU that determines whether or not to output a warning.
- the ECU that determines whether or not to output a warning receives the diagnosis result of stuck on, it stores the diagnosis result in memory and determines whether or not to output a warning depending on the diagnosis content.
- the diagnosis content is not limited to whether or not the switch is stuck on, but also includes other diagnosis content such as abnormalities in the power supply system.
- the warning determination ECU determines whether or not to output a warning depending on the diagnosis content. If the diagnosis content does not require a warning, the warning determination ECU does not issue a warning. For example, if the diagnosis result is of high importance, such as stuck on, the warning determination ECU may issue a warning.
- the ECU system includes the first ECU 10 and at least one other ECU other than the first ECU 10, the start-up time of the first ECU 10 is shorter than that of the other ECUs, and the other ECUs do not have a diagnostic function for a semiconductor switch stuck on.
- the other ECUs are ECUs with a longer start-up time than the first ECU 10. For example, if the other ECU has a microcomputer with a large processing capacity or a system-on-chip with a high calculation function, the start-up time will be longer. In addition, if the other ECU is connected to many devices such as multiple sensors, multiple actuators, and a network bus such as CAN, the start-up time will be longer because it takes time to check the interface.
- the start-up time will also be longer.
- An ECU with such a long start-up time does not have the diagnostic function for a semiconductor switch 12 stuck on, which is a function of the first ECU 10.
- the stuck on diagnosis is performed after the ECU is started up from the sleep state. Therefore, if a stuck-on diagnostic function is provided for an ECU with a long startup time, time is added for the diagnosis, and it takes time for the ECU to reach a state where it can control the controlled object. Even if an ECU with a short startup time such as the first ECU 10 has a stuck-on diagnostic function, the time from inputting an operation command to operating the load 2 is not that long.
- the first ECU 10 corresponds to the "first ECU" of the present invention.
- the ECU system includes a first ECU 10 and at least one other ECU other than the first ECU 10, the power consumption of the first ECU 10 is smaller than that of the other ECUs, and the other ECUs do not have a diagnostic function for a semiconductor switch stuck on.
- An ECU with high power consumption is, for example, an ECU with a microcomputer with high computational processing power. If a stuck on diagnostic function is provided for an ECU with high power consumption, the power consumption will become even larger. Therefore, in this embodiment, an ECU with low power consumption is provided with a stuck on diagnostic function.
- the first ECU 10 corresponds to the "first ECU" in the present invention.
- the power supply system 100 may have multiple semiconductor switches 12a to 12c connected in series between the low-voltage battery 1 and the load 2.
- FIG. 3 is a block diagram of the low-voltage battery 1, the load 2, and the power supply box 3.
- the power supply box 3 has a first ECU 10, detection circuits 11a to 11c, and semiconductor switches 12a to 12c.
- the semiconductor switch 12a and the semiconductor switch 12b are connected in series, and the semiconductor switch 12a and the semiconductor switch 12c are connected in series.
- the semiconductor switch 12a is provided to cut off the circuit between the low-voltage battery 1 and the load 2 when a half-on failure occurs in the semiconductor switch 12b or the semiconductor switch 12c.
- the detection circuits 11a to 11c are connected downstream of the multiple semiconductor switches 12a to 12c, respectively.
- the semiconductor switch 12a may be an FET, and the semiconductor switches 12b and 12c may be IPDs.
- the first ECU 10 judges the power-on state of the downstream side of the semiconductor switches 12a to 12c based on the detection values of the detection circuits 11a to 11c, and diagnoses whether the semiconductor switches 12a to 12c are stuck on or not based on the judgment result.
- the first ECU 10 performs a stuck-on diagnosis of the upstream semiconductor switch 12a in the following manner.
- the first ECU 10 outputs an OFF command to the semiconductor switches 12a to 12c. While outputting the OFF command to the semiconductor switches 12a to 12c, the first ECU 10 judges the power-on state of the downstream side of the semiconductor switch 12a based on the detection value of the detection circuit 11a.
- the first ECU 10 judges that the downstream side of the semiconductor switch 12a is powered on, it diagnoses that the semiconductor switch 12a is stuck on. On the other hand, if the first ECU 10 judges that the downstream side of the semiconductor switch 12a is not powered on, it diagnoses that the semiconductor switch 12a is not stuck on.
- the first ECU 10 also performs a stuck-on diagnosis of the semiconductor switches 12b and 12c in the following manner. With the semiconductor switch 12a in the on state, the first ECU 10 outputs an OFF command to the semiconductor switches 12b and 12c. While outputting the OFF command to the semiconductor switches 12b and 12c, the first ECU 10 determines the current-carrying state of the downstream sides of the semiconductor switches 12b and 12c based on the detection values of the detection circuits 11b and 11c. If the first ECU 10 determines that the downstream sides of the semiconductor switches 12b and 12c are conducting, it diagnoses that the semiconductor switches 12b and 12c are stuck-on. On the other hand, if the first ECU 10 determines that the downstream sides of the semiconductor switches 12b and 12c are not conducting, it diagnoses that the semiconductor switches 12b and 12c are not stuck-on.
- the first ECU 10 performs a stuck-on diagnosis of the upstream semiconductor switch 12a among the semiconductor switches 12a to 12c after the previous vehicle run.
- the first ECU 10 performs a stuck-on diagnosis of the downstream semiconductor switches 12b and 12c among the semiconductor switches 12a to 12c when the first ECU 10 is started.
- the diagnostic time will be long.
- the diagnostic time will be approximately twice as long as the time required to diagnose only one of the upstream semiconductor switch 12a and the downstream semiconductor switches 12b and 12c. In other words, the diagnostic time after the first ECU 10 is started will be approximately twice as long.
- the "first ECU” in this embodiment corresponds to the “controller” of the present invention.
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Abstract
Description
本発明は、半導体スイッチ制御装置、制御システム、及び半導体スイッチ制御方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor switch control device, a control system, and a semiconductor switch control method.
従来より、車載ネットワークで接続された複数のECUを備える車両用制御装置が知られている。例えば特許文献1記載の車両用制御装置は、電動パーキングブレーキの作動スイッチのオン固着の有無の診断を行っており、作動スイッチの状態に連動するウェイクアップ信号をモニタし、ウェイクアップ信号が所定時間ハイレベルを継続したときにオン固着と診断する。
Vehicle control devices equipped with multiple ECUs connected via an in-vehicle network have been known for some time. For example, the vehicle control device described in
しかしながら、上記車両用制動装置はオン固着の診断時間が長いという問題がある。 However, the above vehicle braking system has the problem that it takes a long time to diagnose a stuck-on brake.
本発明が解決しようとする課題は、短期間でオン固着の診断を可能とする半導体スイッチ制御装置、制御システム、及び半導体スイッチ制御方法を提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a semiconductor switch control device, control system, and semiconductor switch control method that enable the diagnosis of a stuck-on state in a short period of time.
本発明は、半導体スイッチをオフにするオフ指令の出力中に、検出回路の検出値に基づき、半導体スイッチの下流側の通電状態を判定し、半導体スイッチの下流側が通電していると判定した場合には、半導体スイッチがオン固着の状態であると診断することによって上記課題を解決する。 The present invention solves the above problem by determining the electrical current state downstream of the semiconductor switch based on the detection value of the detection circuit while an OFF command to turn off the semiconductor switch is being output, and diagnosing that the semiconductor switch is stuck ON if it is determined that electrical current is flowing downstream of the semiconductor switch.
本発明によれば短期間でオン固着を診断できる。 The present invention makes it possible to diagnose ON-state fixation in a short period of time.
図1は、本実施形態に係る電源システム(制御システム)100の構成概略図である。本実施形態では、電源システムは、高電圧バッテリ及び低電圧バッテリを備えた車両に搭載される。車両は、高電圧バッテリに蓄えた電力を用いて、走行用モータを駆動させる電気自動車である。なお、電源システム100は、電気自動車に限らず、エンジン及びモータを備えたハイブリッド車両やモータではなくエンジンから動力を得る車両(ICE車)に搭載されてもよい。つまり電源システム100は様々なパワートレインに適用可能である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a power supply system (control system) 100 according to this embodiment. In this embodiment, the power supply system is mounted on a vehicle equipped with a high-voltage battery and a low-voltage battery. The vehicle is an electric vehicle that uses power stored in the high-voltage battery to drive a traction motor. Note that the
図1に示すように、電源システム100は、低電圧バッテリ1、負荷2、電源ボックス3、配電ボックス4、DCDCコンバータ5、駆動用モータ6、インバータ7、及び高電圧バッテリ8を備えている。
As shown in FIG. 1, the
低電圧バッテリ1は、補器類などの負荷2を動作させるための低電圧電源である。低電圧バッテリ1の定格電圧は高電圧バッテリ8の定格電圧より低く、低電圧バッテリの電池容量も高電圧バッテリ8の電池容量より低い。低電圧バッテリ1は、50ボルト以下のバッテリであって例えば12Vバッテリである。つまり、低電圧バッテリ1は、50ボルト以下のバッテリ、及び/又は、補器用バッテリである。低電圧バッテリ1は半導体スイッチ12を介して負荷2に接続されている。低電圧バッテリ1は、リチウムイオンバッテリ又は鉛バッテリ等の二次電池である。低電圧バッテリ1は、高電圧バッテリ8の電力により充電可能である。車両の停車中/駐車中、低電圧バッテリ1は高電圧バッテリ8の電力で充電可能であり低電圧バッテリ1の残容量は所定値以上に保たれる。
The low-
電源ボックス3は、低電圧バッテリ1の電力を負荷2に供給する供給装置であり、第1ECU10、検出回路11、半導体スイッチ12を有している。第1ECU10は、半導体スイッチ12のオン、オフの切り替え制御、及び、半導体スイッチ12のオン固着を診断するための電子制御装置である。第1ECU10は、検出回路11の検出値に基づき、半導体スイッチ12の下流側の通電状態を判定し、その判定結果に基づき、半導体スイッチ12のオン固着の有無を診断する。
The
検出回路11は、半導体スイッチ12と負荷2との間に接続され、半導体スイッチ12の下流側の電圧及び/又は電流を検出する。低電圧バッテリ1の電力は半導体スイッチ12から負荷2に出力されるため、検出回路11は半導体スイッチ12から負荷への出力側に設けられている。検出回路11は、電圧検出端子(電圧センサ)、シャント抵抗、又は電流センサ等を有している。検出回路11は第1ECU10に接続され、検出回路の検出値(検出電圧及び/又は検出電流)は第1ECU10に出力される。
The
半導体スイッチ12は、低電圧バッテリ1と負荷2との間に接続され、低電圧バッテリ1と負荷2との間の電気的な導通と遮断を切り替える。半導体スイッチ12は、低電圧バッテリ1と負荷2との間の電流を遮断するフューズ(半導体フューズ)としての機能を有してもよい。負荷2半導体スイッチ12には、例えば保護回路を有したIPD(Intelligent Power Device)が使用されてもよい。
The
負荷2は、低電圧バッテリから供給される電力により動作する負荷である。負荷2は、少なくとも、ワイパー、ヘッドライト、EPS等の走行に関する車載機器を含んでいる。配電ボックス4は流れる電流の電流経路を、低電圧バッテリ1に流す経路と、低電圧バッテリ1の電流を負荷2に流す経路に分岐する。
DCDCコンバータ5は低電圧バッテリ1と高電圧バッテリ8との間に接続され、高電圧バッテリ8の出力電圧を変換して、低電圧バッテリ1の充電電圧として出力する。DCDCコンバータ5は高電圧バッテリ8の出力電圧を変換して、変換された電圧を負荷2に出力してもよい。駆動用モータ6は、インバータ7を介して高電圧バッテリ8に接続されている。駆動用モータ6は車輪と連結しており、高電圧バッテリ8の電力で駆動する。インバータ7は、力行時には、高電圧バッテリ8から供給される電力を変換し、駆動用モータ6に供給する電力変換器である。インバータ7は、回生時には、駆動用モータ6で発生した電力を変換し、高電圧バッテリ8に出力する。
The
高電圧バッテリ8は、直列及び/又は並列に接続された複数の二次電池(リチウムイオンバッテリ)を備えている。高電圧バッテリ8の定格電圧及び電池容量は、低電圧バッテリ1よりも高い。高電圧バッテリ8は、駆動用バッテリであり、インバータ7を介して駆動用モータ6に接続されている。また高電圧バッテリ8は、DCDCコンバータ5を介して、低電圧バッテリ1及び負荷2に接続されている。
The high-
なお、高電圧バッテリ8は強電系の電源ラインに接続されている。強電系のラインには、高電圧バッテリ8の正極と負極にそれぞれ接続される一対の電源ラインが用いられるとよい。また高電圧バッテリ8と駆動用モータ6との間を電気的に遮断するために、リレースイッチが接続されるとよい。また、リレースイッチ等による遮断機構は、正極側のラインと負極側のラインをそれぞれ遮断可能な機能にするとよい。一方、低電圧バッテリ1と負荷2との間は、弱電系のラインであるため、高電圧バッテリ8用の遮断機構を接続しなくてもよく、半導体スイッチ12を接続すればよい。
The high-
次に、図2を参照し、車両ネットワークに接続されるECUと電源ボックス3について説明する。図2は、低電圧バッテリ1、負荷2、電源ボックス3、第2ECU20のブロック図である。なお、第1ECU10及び検出回路11を含む装置が本発明の「半導体スイッチ制御装置」に相当し、第1ECU10によるオン固着の診断方法が、本発明の「半導体スイッチ制御方法」に相当する。また少なくとも第1ECU10を含むECUシステムが、本発明の「制御システム」に相当する。
Next, referring to FIG. 2, the ECU and
電源ボックス3は、上流に位置する低電圧バッテリ1に電気的に接続されており、複数の検出回路11、複数の半導体スイッチ12、及び第1ECU10を有している。第1ECU10及び第2ECU20は車両に搭載される。
The
第1ECU10は、負荷2の制御機能を有した第2ECU20からの動作指令に応じて、半導体スイッチ12のオン、オフを切り替えるスイッチング指令を、半導体スイッチ12に出力する。第2ECU20は、負荷2の制御機能を司るECUであって、ユーザの操作指令又は車両のシステム上の指令に応じて、負荷2を動作させるための動作指令を、第1ECU10に送信する。動作指令では、動作対象となる負荷2は特定されているが、オン又はオフにすべき半導体スイッチ12は特定されていない。例えば、第1ECU10は、第2ECU20から送信される負荷2の動作指令により、動作対象となる負荷2を特定し、動作対象の負荷2に接続された半導体スイッチ12に対して、オンのスイッチング指令(オン指令)を出力する。また、第1ECU10は、ECUから負荷2の動作をオフにする動作指令を入力した場合には、半導体スイッチ12にオフのスイッチング指令(オフ指令)を出力する。なお、図2の例では、便宜上、第2ECU20は複数の負荷2を制御するよう図示されているが、第2ECU20は負荷2毎に設けられてもよい。
The
また第1ECU10は、第2ECU20からの動作指令に応じることなく、半導体スイッチ12のオン、オフを切り替えることもできる。例えば、負荷2に含まれるヘッドライトやステアリングは、第2ECU20からの動作指令の有無に関わらず、ヘッドライトであればオン状態を維持し、ステアリングであれば操舵可能な状態を維持するようなケースがある。例えば、夜間走行中、第2ECU20からの動作指令が何らかの理由で一時的に途絶えたり、動作指令が遅延(信号遅延)したとする。このような場合には、第1ECU10は、独自の判定で、第2ECU20から動作指令を入力しない場合でも、半導体スイッチ12にオン指令を出力する。また第1ECU10は、第2ECU20からの動作指令に応じることなく、独自の判断で、半導体スイッチ12にオフ指令を出力することも可能である。つまり、第1ECU10は、第2ECU20との間で制御における主従関係を切り離すことができ、第1ECU10が負荷2の制御主体となって、半導体スイッチ12のオン、オフを制御できる。
The
次に図2を参照し、第1ECU10のオン固着診断について説明する。第1ECU10は、半導体スイッチ12をオフにするオフ指令の出力中に、検出回路11の検出値に基づき、半導体スイッチ12の下流側の通電状態を判定する。そして、第1ECU10は、半導体スイッチ12の下流側が通電していると判定した場合には、半導体スイッチ12がオン固着の状態である(オン固着有)と診断する。
Next, the stuck-on diagnosis of the
検出回路11が電圧検出端子を備える場合には、第1ECU10は次の要領でオン固着診断を行うとよい。第1ECU10は、半導体スイッチ12に対してオフ指令の出力中に、検出回路11の電圧検出端子に加わる電圧を検出することで、半導体スイッチ12の下流側の電圧(以下、下流側電圧とも称する)を取得する。第1ECU10は、半導体スイッチ12の上流側の電圧(以下、上流側電圧とも称する)と下流側電圧との差が電圧差閾値以下である場合に、半導体スイッチ12がオン固着の状態であると診断する。一方、半導体スイッチ12の上流側電圧と下流側電圧との差が電圧差閾値より大きい場合には、第1ECU10は、半導体スイッチ12がオン固着の状態ではない(オン固着無し)と診断する。上流側電圧は、低電圧バッテリ1の出力電圧である。例えば、低電圧バッテリ1に12V電圧を用いた場合には、上流側電圧は12Vとなる。なお、第1ECU10は必ずしも上流側の電圧を検出しなくてもよい。低電圧バッテリ1の残容量が少なくなった場合に、低電圧バッテリ1が高電圧バッテリ8の電力で充電されることで、低電圧バッテリ1の充電電圧が自動で回復される機能を有している場合には、上流側電圧は固定電圧としてもよい。
If the
なお、上流側電圧は、半導体スイッチ12の上流側の電圧及び/又は電流を検出するために、電圧検出端子(電圧センサ)、シャント抵抗、又は電流センサ等を有した検出回路を用いて検出されてもよい。また、第1ECU10は、低電圧バッテリ1から電源電圧を得ており、その電源電圧(第1ECU10の電源電圧)を計測する機能を有している。そのため、第1ECU10は、計測した電源電圧を上流側電圧としてもよい。
The upstream voltage may be detected using a detection circuit having a voltage detection terminal (voltage sensor), a shunt resistor, a current sensor, or the like, in order to detect the voltage and/or current upstream of the
電圧差閾値は、オン固着の状態、すなわち半導体スイッチ12の短絡状態おける半導体スイッチ12の降下電圧に相当し、0Vに近い値に設定されるとよい。また、電圧差閾値は、負荷2に含まれるコンデンサ容量に応じて設定されるとよい。すなわち、電圧差閾値は負荷2の種類に応じて設定されるとよい。負荷2がコンデンサのような容量成分をもつ素子を有する場合には、半導体スイッチ12をオンからオフに切り替えた後、半導体スイッチ12の下流側電圧は、容量成分により維持される(すぐに0Vにならない)ことがある。そして、維持される電圧は負荷2に含まれるコンデンサ容量に応じて決まる。そのため、例えば、負荷2が、半導体スイッチ12のオフ後に、下流側電圧を高い電圧で維持するような場合には、電圧差閾値をより0Vに近い値にする。これにより、例えば、半導体スイッチ12がオンからオフに切り替わり、短時間で、オフからオンに切り替わるようなシーンの場合、すなわち、半導体スイッチ12のターンオフ(オンからオフへの切り替え)からターンオン(オフからオンへの切り替え)までの時間が短い場合に、第1ECU10は、半導体スイッチ12のオフ期間中に、半導体スイッチ12のオン固着を診断できる。また負荷2の容量成分に蓄積された電荷の放電を待つことなく、オン固着を診断できる。
The voltage difference threshold corresponds to the voltage drop of the
第1ECU10は、負荷2を動作させる動作指令をECUから受信した場合には、半導体スイッチ12のオン指令を出力する前に、半導体スイッチ12の下流側の通電状態を判定し、オン固着を診断する。また第1ECU10は、負荷2の動作を停止する停止指令をECUから受信した場合には、半導体スイッチ12のオフ指令を半導体スイッチ12に出力し、オフ指令の出力中に、半導体スイッチ12の下流側の通電状態を判定し、オン固着を診断する。すなわち、第1ECU10は、動作指令の入力がある場合でも、動作指令に対応する半導体スイッチ12の制御に加えてオン固着診断を行う。これにより、半導体スイッチ12のオン固着の診断回数を増やして、オン固着発生時に、できるだけ早く診断結果を得ることができる。
When the
また第1ECU10は、第2ECU20から動作指令を受信しない場合にも、独自のタイミングで、オン固着診断を行う。例えば、車両の駐車中で、車両のACC電源がオンの時のような、第1ECU10がスリープの状態の場合に、第1ECU10は、負荷2を動作させる指令を受信したときには、スリープ状態から起動状態になり、指令に応じて半導体スイッチ12をオンにする。このとき、第1ECU10は、半導体スイッチ12にオン指令を出力する前に、すなわち半導体スイッチ12のオフ指令の出力中に、オン固着を診断する。また、例えば、動作中の負荷2を停止できないような異常(例えば、負荷2に含まれるヘッドライトがオンのままでオフにできないような異常)が発生した場合には、第2ECU20がスリープ状態であっても、第1ECU10は、半導体スイッチ12のオフ指令の出力中に、オン固着を診断してもよい。すなわち、第1ECU10は、ECUからの動作指令の入力の有無に関わらず、オン固着の診断を行う。
The
低電圧バッテリ1は、残容量が少なくなると、高電圧バッテリ8で充電される機能(補充電機能)を有してもよい。そのため、半導体スイッチ12のオン固着が発生した場合には、低電圧バッテリ1と負荷2との間を、電気的遮断できない状態となるため、低電圧バッテリ1の電力が消費されてしまう。そして、低電圧バッテリ1の電力が継続して消費される状態でも、補充電機能が作動し、低電圧バッテリ1が充電されてしまう。その結果として、高電圧バッテリ8の残容量が減ってしまう。特に、エンジンを有していない電気自動車の場合には、このようなオン固着により高電圧バッテリ8の電力が消費された場合には、車両の走行に影響を及ぼす可能性がある。
The low-
ところで、これまでの多くの車両は、低電圧バッテリ1の補充電機能を有しておらず、半導体スイッチ12のオン固着が発生した時には、低電圧バッテリ1の電力が消費されて、低電圧バッテリ1の容量が不足した状態となる。そのため、ユーザは、低電圧バッテリ1の容量減少から、オン固着の発生による異常を容易に気づくことができた。一方、低電圧バッテリ1の補充電機能が設けられた場合には、オン固着が発生しても、低電圧バッテリ1が充電されてしまうため、ユーザは容量減少からはオン固着の発生に気づきにくい。本実施形態のように、半導体スイッチ12のオン固着を診断することで、低電圧バッテリ1の補充電機能を有する場合でも、オン固着の発生を容易に気づくことが可能となる。すなわち本実施形態のようなオン固着の診断は、低電圧バッテリ1の補充電機能を有したシステムに対して高い有用性をもつ。
However, many vehicles up to now do not have a function for recharging the low-
本実施形態では、第1ECU10は、半導体スイッチ12の動作指令を受信しない場合でも、独自の判定でオン固着を診断するため、オン固着発生時にできるだけ早く診断結果を得ることができる。さらに、第1ECU10は、第2ECU20以外から負荷2の動作指令を受信したときに、半導体スイッチ12をオンにする前であり、オフ指令の出力中にオン固着の診断を行う。これにより、半導体スイッチ12のオン固着の診断回数を増やすことができる。
In this embodiment, the
第1ECU10は、オン固着の診断結果を、警告灯やブザーなどの負荷の制御を司るECUに送信する。診断結果の送信先となるECUは、メータやブザー等の負荷制御機能、及び、負荷に対する電源のオンとオフを切り替える機能を有しおり、第1ECU10から、オン固着発生の診断結果を受信した場合に、メータ内の警告灯やブザーなどで警告する。なお、第1ECU10が、警告灯やブザーなどの負荷の制御を司る機能を有している場合には、第1ECU10が警告を発してもよい。
The
上記のように、本実施形態に係る半導体スイッチ制御装置及び半導体スイッチ制御方法において、第1ECU10は、半導体スイッチ12をオフにするオフ指令の出力中に、検出回路11の検出値に基づき、半導体スイッチ12の下流側の通電状態を判定し、半導体スイッチ12の下流側が通電していると判定した場合には、半導体スイッチ12がオン固着の状態であると診断する。つまり、本実施形態では、半導体スイッチ12の下流の通電状態の判定結果を用いてオン固着を診断しているため、負荷2との通信等が不要になる。そのため、短期間でオン固着を診断できる。
As described above, in the semiconductor switch control device and semiconductor switch control method according to this embodiment, the
オン固着の診断時間が長い場合には、診断が完了するまで、正規の制御や機能が動作できず、待ち時間が長くなってしまう。例えば、本実施形態に係る半導体スイッチ制御装置を、車両用の電源システムに適用した場合には、半導体スイッチ12のオン固着の診断が終わるまでは、低電圧バッテリ1により補器類の機能が動作できない。そのため、オン固着の診断時間が長くなると、補器類を動作させるまでの待ち時間が長くなるという問題がある。さらに、オン固着の診断が完了するまで、低電圧バッテリ1の放電が増加するという問題もある。本実施形態では、短期間でオン固着を診断できるため、このような問題を解決できる。
If the stuck-on diagnosis time is long, normal control and functions cannot be operated until the diagnosis is completed, resulting in a long wait time. For example, if the semiconductor switch control device according to this embodiment is applied to a vehicle power supply system, the functions of the auxiliary devices cannot be operated by the low-
また本実施形態では第1ECU10は、オフ指令の出力中に、検出回路11に含まれる電圧検出端子に加わる電圧を検出することで、半導体スイッチ12の下流側電圧を取得し、半導体スイッチ12の上流側電圧と下流側電圧との差が電圧差閾値以下である場合に、半導体スイッチ12がオン固着の状態であると診断する。これにより、検出回路11を複雑な回路構成にしなくても、短期間でオン固着を診断できる。
In addition, in this embodiment, the
また本実施形態では第1ECU10は、負荷2の制御を司る第2ECU20から負荷2を動作させる動作指令を入力し、動作指令に応じてスイッチング指令を半導体スイッチ12に出力し、動作指令の入力の有無に関わらず、オン固着の診断を行う。これにより、オン固着の診断回数を増やすことができ、オン固着発生時にできるだけ早く診断結果を得ることができる。
In addition, in this embodiment, the
また本実施形態において、電圧差閾値は、負荷2に含まれるコンデンサ容量に応じて設定される。これにより、負荷2の容量成分に蓄積された電荷の放電を待つことなく、オン固着を診断できる。
In addition, in this embodiment, the voltage difference threshold is set according to the capacitance of the capacitor included in the
なお、第1ECU10は、負荷2に含まれるコンデンサが放電して、半導体スイッチ12の下流側の電圧が低下するまでの時間を想定して、オン固着の診断時間を確保してもよい。なお、負荷2毎でコンデンサの容量が異なる場合には、診断時間は負荷毎に設定されてもよい。つまり、負荷2の容量成分に蓄積された電荷の放電速度が遅い場合には、診断時間を長く設定してもよい。
The
なお本実施形態において、第1ECU10は、オン固着の診断結果を、警告の出力の有無を判定するECUに送信してもよい。警告の出力の有無を判定するECU(以下警告判定ECUとも称す)は、オン固着の診断結果を受信した場合には、診断結果をメモリに保存し、診断内容に応じて警告の有無を判定する。診断内容は、オン固着の有無に限らず、例えば電源系統の異常など他の診断内容も含んでいる。そして、警告判定ECUは、診断内容に応じて、警告の必要性の有無を判定する。診断内容が、警告を必要としない内容である場合には、警告判定ECUは警告を行わない。例えば、オン固着のような重要度の高い診断結果である場合には、警告判定ECUは警告を行うとよい。
In this embodiment, the
また本実施形態において、ECUシステムは、第1ECU10と、第1ECU10以外の他のECUを少なくとも1つ含み、第1ECU10の起動時間は他のECUよりも短く、他のECUは半導体スイッチのオン固着の診断機能を有していない。他のECUは、第1ECU10よりも起動時間の長いECUである。例えば、他のECUが、大容量の処理能力をもつマイクロコンピュータや、高い演算機能有したシステムオンチップを有する場合には、起動時間が長くなる。また、他のECUが、複数のセンサ、複数のアクチュエータ、CAN等のネットワークのバス等、多くの機器と接続されている場合には、インタフェイスのチェックに時間を要するため、起動時間が長くなる。さらに、他のECUが大容量のメモリ(例えばRAM)を有する場合も、起動時間が長くなる。このように起動時間が長くなるECUは、第1ECU10の機能である、半導体スイッチ12のオン固着の診断機能を有していない。オン固着診断は、ECUをスリープ状態から起動させた後に実行される。そのため、起動時間の長いECUに対して、オン固着の診断機能を設けると、診断のために時間が加算され、ECUが制御対象を制御できる状態になるまで時間がかかってしまう。第1ECU10のような起動時間が短いECUは、オン固着診断機能を有したとしても、動作指令の入力タイミングから負荷2の動作タイミングまで、それほど長くはならない。なお、第1ECU10が本発明の「一のECU」に相当する。
In this embodiment, the ECU system includes the
また本実施形態において、ECUシステムは、第1ECU10と、第1ECU10以外の他のECUを少なくとも1つ含み、第1ECU10の消費電力は他のECUよりも小さく、他のECUは半導体スイッチのオン固着の診断機能を有していない。消費電力の大きいECUは、例えばマイコンの演算処理能力の高いECUである。消費電力の大きいECUに対して、オン固着診断機能を設けると、消費電力がさらに大きくなってしまう。そのため、本実施形態では、消費電力の小さいECUにオン固着診断機能を設ける。なお、第1ECU10が本発明の「一のECU」に相当する。
In addition, in this embodiment, the ECU system includes a
なお本実施形態の変形例として、電源システム100は、低電圧バッテリ1と負荷2との間に、複数の半導体スイッチ12а~12cを直列に接続してもよい。図3は、低電圧バッテリ1、負荷2、及び電源ボックス3のブロック図である。電源ボックス3は、第1ECU10、検出回路11а~11c、及び半導体スイッチ12а~12cを有している。半導体スイッチ12аと半導体スイッチ12bが直列に接続され、半導体スイッチ12аと半導体スイッチ12cが直列に接続されている。半導体スイッチ12аは、半導体スイッチ12b又は半導体スイッチ12cでハーフオン故障が発生した場合に、低電圧バッテリ1と負荷2との間の回路を遮断するために設けられている。検出回路11а~11cは、複数の半導体スイッチ12а~12cの下流側にそれぞれ接続されている。半導体スイッチ12аにはFETが使用されてもよく、半導体スイッチ12b、12cにはIPDが使用されてもよい。
As a modification of this embodiment, the
第1ECU10は、検出回路11а~11cの検出値に基づき、半導体スイッチ12а~12cの下流側の通電状態を判定し、判定結果に基づき、半導体スイッチ12а~12がオン固着の状態であるか否か診断する。第1ECU10は、次の要領で上流側の半導体スイッチ12аのオン固着診断を行う。第1ECU10は、半導体スイッチ12а~12cにオフ指令を出力する。第1ECU10は、半導体スイッチ12а~12cにオフ指令を出力中に、検出回路11аの検出値に基づき、半導体スイッチ12аの下流側の通電状態を判定する。第1ECU10は、半導体スイッチ12аの下流側が通電していると判定した場合には、半導体スイッチ12аがオン固着であると診断する。一方、第1ECU10は、半導体スイッチ12аの下流側が通電していないと判定した場合には、半導体スイッチ12аがオン固着の状態ではないと診断する。
The
また第1ECU10は、次の要領で半導体スイッチ12b又は12cのオン固着診断を行う。第1ECU10は、半導体スイッチ12аをオンにした状態で、半導体スイッチ12b、12cにオフ指令を出力する。第1ECU10は、半導体スイッチ12b、12cにオフ指令を出力中に、検出回路11b、11cの検出値に基づき、半導体スイッチ12b、12cの下流側の通電状態を判定する。第1ECU10は、半導体スイッチ12b、12cの下流側が通電していると判定した場合には、半導体スイッチ12b、12cがオン固着の状態であると診断する。一方、第1ECU10は、半導体スイッチ12b、12cの下流側が通電していないと判定した場合には、半導体スイッチ12b、12cがオン固着の状態ではないと診断する。
The
第1ECU10は、半導体スイッチ12а~12cのうち上流側の半導体スイッチ12аのオン固着診断を前回の車両走行後に実行する。第1ECU10は、半導体スイッチ12а~12cのうち下流側の半導体スイッチ12b、12cのオン固着診断を第1ECU10の起動時に実行する。
The
変形例とは異なり、上流側の半導体スイッチ12аのオン固着診断と下流側の半導体スイッチ12b、12cのオン固着診断を一連の診断フローで行った場合には、診断時間が長くなってしまう。例えば、車両の走行開始時、第1ECU10を起動させた後に、上流側の半導体スイッチ12аと下流側の半導体スイッチ12b、12cのオン固着診断をそれぞれ実行した場合には、診断時間は、上流側の半導体スイッチ12аと下流側の半導体スイッチ12b、12cのいずれか一方のみを診断した場合の時間と比較して、約2倍になる。つまり、第1ECU10を起動させた後に診断時間が約2倍かかってしまう。
Unlike the modified example, if the stuck-on diagnosis of the
一方、変形例のように、上流側の半導体スイッチ12аのオン固着診断を前回の車両走行後に実行することで、次に第1ECU10を起動した時には、下流側の半導体スイッチ12b、12cのオン固着診断を行うだけでよい。そのため、第1ECU10を起動した時のオン固着の診断時間を短縮化できる。
On the other hand, as in the modified example, by performing a stuck-on diagnosis of the
なお本実施形態における「第1ECU」が本発明の「コントローラ」に相当する。 The "first ECU" in this embodiment corresponds to the "controller" of the present invention.
1 低電圧バッテリ
2 負荷
10 第1ECU
11 検出回路
12 半導体スイッチ
30 電源ボックス
100 電源システム(制御システム)
1
11
Claims (9)
前記半導体スイッチと前記負荷との間に接続され、前記半導体スイッチの下流側の電圧及び/又は電流を検出する検出回路とを備え、
前記コントローラは、
前記半導体スイッチをオフにするオフ指令の出力中に、前記検出回路の検出値に基づき、前記半導体スイッチの下流側の通電状態を判定し、
前記半導体スイッチの下流側が通電していると判定した場合には、前記半導体スイッチがオン固着の状態であると診断する半導体スイッチ制御装置。 a controller that outputs a switching command to switch a semiconductor switch connected between a low-voltage power supply and a load between on and off;
a detection circuit connected between the semiconductor switch and the load to detect a voltage and/or a current downstream of the semiconductor switch;
The controller:
determining a conduction state of the downstream side of the semiconductor switch based on a detection value of the detection circuit while an OFF command to turn off the semiconductor switch is being output;
The semiconductor switch control device diagnoses the semiconductor switch as being stuck on when it is determined that the downstream side of the semiconductor switch is conducting.
前記検出回路は、電圧検出端子を備え、
前記コントローラは、
前記オフ指令の出力中に、前記電圧検出端子に加わる電圧を検出することで、前記半導体スイッチの下流側の電圧である下流側電圧を取得し、
前記半導体スイッチの上流側の電圧である上流側電圧と前記下流側電圧との差が電圧差閾値以下である場合に、前記半導体スイッチがオン固着の状態であると診断する半導体スイッチ制御装置。 2. The semiconductor switch control device according to claim 1,
the detection circuit includes a voltage detection terminal;
The controller:
A downstream voltage, which is a voltage on a downstream side of the semiconductor switch, is obtained by detecting a voltage applied to the voltage detection terminal during the output of the OFF command;
The semiconductor switch control device diagnoses the semiconductor switch as being stuck on when a difference between an upstream voltage, which is a voltage on the upstream side of the semiconductor switch, and the downstream voltage is equal to or smaller than a voltage difference threshold.
前記コントローラは、
前記負荷の制御を司るECUから、前記負荷を動作させる動作指令を入力し、
前記動作指令に応じてスイッチング指令を前記半導体スイッチに出力し、
前記動作指令の入力の有無に関わらず、前記オン固着の診断を行う半導体スイッチ制御装置。 3. The semiconductor switch control device according to claim 1,
The controller:
An operation command for operating the load is input from an ECU that controls the load;
outputting a switching command to the semiconductor switch in response to the operation command;
A semiconductor switch control device that performs the stuck-on diagnosis regardless of whether the operation command is input or not.
前記電圧差閾値は前記負荷に含まれるコンデンサ容量に応じて設定される半導体スイッチ制御装置。 3. The semiconductor switch control device according to claim 2,
The voltage difference threshold is set according to the capacitance of a capacitor included in the load.
前記コントローラは、前記オン固着の判定結果を、警告の出力の有無を判定するECUに送信する半導体スイッチ制御装置。 4. The semiconductor switch control device according to claim 3,
The controller transmits the result of the stuck-on determination to an ECU that determines whether or not to output a warning.
前記低電圧電源は、50ボルト以下のバッテリ、及び/又は、補器用バッテリである半導体スイッチ制御装置。 The semiconductor switch control device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor switch control device, wherein the low voltage power supply is a battery of 50 volts or less and/or a battery for auxiliary equipment.
一のECUと他のECUを含む複数のECUを備え、
前記一のECUの起動時間は前記他のECUよりも短く、
前記一のECUは、前記コントローラによる、前記半導体スイッチのオン固着の診断機能を有し、
前記他のECUは、前記半導体スイッチのオン固着の診断機能を有していない制御システム。 A control system including the semiconductor switch control device according to any one of claims 1 to 6,
A plurality of ECUs including a first ECU and another ECU are provided,
The start-up time of the one ECU is shorter than that of the other ECU,
The one ECU has a function of diagnosing whether the semiconductor switch is stuck on by the controller,
The other ECU is a control system that does not have a diagnostic function for determining whether the semiconductor switch is stuck on.
一のECUと他のECUを含む複数のECUを備え、
前記一のECUの消費電力は前記他のECUよりも小さく、
前記一のECUは、前記コントローラによる、前記半導体スイッチのオン固着の診断機能を有し、
前記他のECUは、前記半導体スイッチのオン固着の診断機能を有していない制御システム。 A control system including the semiconductor switch control device according to any one of claims 1 to 6,
A plurality of ECUs including a first ECU and another ECU are provided,
The power consumption of the one ECU is smaller than that of the other ECU,
The one ECU has a function of diagnosing whether the semiconductor switch is stuck on by the controller,
The other ECU is a control system that does not have a diagnostic function for determining whether the semiconductor switch is stuck on.
前記コントローラは、
前記半導体スイッチをオフにするオフ指令の出力中に、前記半導体スイッチと前記負荷との間に接続され、前記半導体スイッチの下流側の電圧及び/又は電流を検出する検出回路の検出値に基づき、、前記半導体スイッチの下流側の通電状態を判定し、
前記半導体スイッチの下流側が通電していると判定した場合には、前記半導体スイッチがオン固着の状態であると半導体スイッチ制御方法。 A semiconductor switch control method for diagnosing a semiconductor switch connected between a low-voltage power supply and a load, the method comprising:
The controller:
determining a conduction state of the downstream side of the semiconductor switch based on a detection value of a detection circuit that is connected between the semiconductor switch and the load and detects a voltage and/or a current of the downstream side of the semiconductor switch while an OFF command for turning off the semiconductor switch is being output;
The semiconductor switch control method further comprises determining that the semiconductor switch is stuck on when it is determined that the downstream side of the semiconductor switch is conducting.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/026057 WO2025017778A1 (en) | 2023-07-14 | 2023-07-14 | Semiconductor switch control device, control system, and semiconductor switch control method |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2011160289A (en) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Anden | Load driving circuit |
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2023
- 2023-07-14 WO PCT/JP2023/026057 patent/WO2025017778A1/en active Pending
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