CN101981775B

CN101981775B - 负载电路的保护装置

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Publication number: CN101981775B
Application number: CN200980111341.3A
Authority: CN
Inventors: 中村吉秀
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: EP2272144A1; WO2009119001A1; US8432657B2; EP2272144B1; JP2009247047A; US20110019324A1; JP5055182B2; CN101981775A

Abstract

本发明公开一种负载电路的保护装置，将阈值温度设置为低于负载电路用的电线的允许温度，且基于周围温度、负载电流、及负载电流所流过电线的时间推测电线温度。并且，在所推测的温度达到阈值温度的情形下，半导体继电器(S1)被断开。结果，在由过电流的发生等所引起的电线温度上升的情形下，在电线温度达到允许温度之前的时刻确实地保护电路。因此，无需现有负载电路中所使用的保险丝。

Description

负载电路的保护装置

技术领域

本发明涉及一种通过在负载电路流过过电流而导致电线温度上升时及时断开负载电路来保护负载电路的保护装置。

背景技术

将电力供给到搭载于诸如车辆的灯泡和马达的负载的负载电路，包括电池以及设置在电池和负载之间的电子开关(MOSFET等)。并且，电池、电子开关及负载是通过包括电线的导体互相连接的。并且，设置有接通/关断电子开关的控制电路，通过该控制电路输出的驱动、停止信号接通/关断电子开关，从而切换负载的驱动和停止。

在上述的负载电路中，为了在负载流过过电流时通过即时断开电路从而保护负载、电线、电子开关等，设置有保险丝(参照专利文献1)。

在如图1所示的现有的负载电路中，负载101的电源侧端子通过汽车用电子控制单元(ECU)102、接线盒(J/B)103与电池VB连接。

并且，诸如MOSFET的多个电子开关Tr1设置在ECU102中。这些电子开关Tr1通过控制IC104被控制为接通/关断。并且，第1保险丝F1设置在各电子开关Tr1的上游侧。该第1保险丝F1保护其下游侧的电线W101。换言之，设置在第1保险丝F1的下游侧的电线W101具有充分可耐第1保险丝F1的断路电流的电线直径(截面积)。

并且，将第2保险丝F2设置在J/B103中。该第2保险丝F2保护其下游侧的电线W102。换言之，设置在保险丝F2的下游侧的电线W102具有充分可耐第2保险丝F2的断路电流的直径(截面积)。

这里，例如，在将灯泡作为负载101而使用的情形下，在进行灯泡接通时发生的冲击电流及灯泡的重复接通/关断操作引起保险丝F1、 F2的劣化。并且，由于保险丝F1、F2的经年使用而引起的劣化，也存在发生保险丝F1、F2误断开的情形。为了防止发生这样的问题，选择了考虑了负载电流的差额(margin)而制备的保险丝。具体而言，使用具有比通常稍高的断路电流的保险丝。结果，有必要使用适合于考虑了差额而制备的保险丝的特性的电线，并且减小在负载电路中所使用的电线直径变得困难。

【专利文献1】US2003/0202304A1

发明内容

如今，尽量小型化、细径化负载电路中所使用的电线的要求越来越高。另一方面，如上所述，在现有的负载电路中，设置有为了在过电流发生而引起电线温度上升时断开电路的保险丝。并且，为了防止发生保险丝因经年使用而劣化所引起的误断开，考虑差额而制备保险丝。由此，现有的负载电路存在难以实现电线的小型化和细径化的缺点。

为解决现有的问题而做出本发明。本发明是以提供一种通过使用模拟了保险丝的开关电路而实现电线细径化的负载电路的保护装置为目的。

为了实现上述目的，根据本发明第1方面的负载电路的保护装置是用于在负载电路的电线温度上升时断开所述负载电路的负载电路的保护装置，所述负载电路将从电源输出的电力供给到负载并驱动所述负载，所述保护装置包括：计时经过时间的计时器；电流检测装置，检测流过其下游侧电线的电流；切换到所述负载电路的连接和断开的开关装置；温度推测装置，其中设定了值比在所述负载电路中使用的电线的热容量小的伪热容量和值比所述电线的热阻大的伪热阻，所述温度推测装置具有伪算术表达式，并且基于所述电流检测装置检测的电流值和所述计时器计时的经过时间使用所述有伪算术表达式来推测所述电线温度，在所述伪算术表达式中所述伪热容量和伪热阻被指定给用于根据所述电线的热容量和热阻计算电线温度的算术表达式中的热容量和热阻；以及断开控制装置，在所述温度推测装置所推测的电线温度达到所述电线的允许温度的情形下断开所述开关装置的断开控制装置。

在这样的构成中，建立将推测与负载电路连接的电线温度的表达式的热阻和热容量分别替换为伪热阻R^＊和伪热容量C^＊的伪算术表达式。然后，电流检测装置检测负载电流。并且，计时器计时电流流过电线的时间。然后，基于这些结果，通过所述伪算术表达式推测电线温度。结果，在推测的温度超过电线的允许温度的情形下，断开开关装置，从而保护负载电路。在此情形下，通过伪算术表达式所推测的电线温度低于实际电线温度。因此，在电线温度上升的情形下，在上升温度达到电线的允许温度之前确实地断开负载电路。通过上述方式，保护了电线及负载。

并且，优选地，在断开所述开关装置之后，在所述温度推测装置所推测的温度降低到周围温度或以下的情形下，所述断开控制装置使得所述开关装置处于可连接的状态。

通过这样的构成，即使在电线温度超过阈值温度并且开关装置被断开之后也继续进行电线温度的推测。然后，在电线温度降低到周围温度(例如，25℃)或以下的情形下，使得开关装置处于可连接的状态。从而，可避免在维持高的电线温度的状态下再次开始负载电路的通电的情形。以这样的方式，确实地保护负载电路。

并且，优选地，所述伪热阻和所述伪热容量的值被设定为，使得基于所述伪表达式的电流/断开时间特性能够低于直径比在所述负载电路所使用的电线直径细一个等级(one level)的电线的电流/断开时间特性。

通过这样的构成，具有与以往相比更细的直径的电线变得可使用，并且可以实现电线的细径化、小型化。因此，可实现整体的小型化以及空间的节省。并且，在将保护装置应用于搭载于车辆的负载电路的情形下，可实现油耗的改善。

并且，优选地，所述伪热阻和所述伪热容量的值被设定为，使得基于所述伪表达式的电流/断开时间特性能够位于保险丝的最低电流/断开时间特性和最高电流/断开时间特性之间，所述保险丝用于保护在所述负载电路中所使用的电线。

通过这样的构成，可设置模拟了常用于保护负载电路的电线的保险丝的特性的电流/断开时间特性，并且相应地可获得与现有的保险丝的效果同等的效果。

并且，用于计算电线温度时的算术表达式被表示为：

[数学式1]

T2＝T1+I1²rR{1-exp(-t/CR)}…(1)

[数学式2]

T2＝T1+I2²rR{exp(-t/CR)}…(2)

优选地，在发热时使用表达式(1)，在放热时使用表达式(2)，T1是周围温度[℃]，T2是电线的推测温度[℃]，I1和I2是通电电流[A]、r是电线导体电阻[Ω]，R是热阻[℃/W]，C是热容量[J/℃]，并且t是时间[sec]。

在上述构成中，通过使用表达式(1)计算电线的发热，使用表达式(2)计算电线的放热，由此获得电线的推测温度。因此，可进行高精度的温度推测。

在根据本发明第1方面的负载电路的保护装置中，在推测与负载电路连接的电线温度的算术表达式中的热阻R及热容量C分别被替换为伪热阻R^＊及伪热容量C^＊，并且推测电线温度。然后，在所推测的电线温度达到电线的允许温度(例如为冒烟温度)的情形下断开开关装置，从而保护电路。从而，在因过电流所引起的发热而电线温度上升的情形下，在电线温度达到电线的实际允许温度之前确实地断开电路，从而保护电线和负载。并且，没有如现有的保险丝那样的冲击电流及接通/关断负载的重复操作所引起的劣化。因此，无需确保断开温度的差额，相应地可以实现减小电线的直径。从而可实现电线的小型化、轻量化。并且，在保护装置用于车辆的情形下，也可以发挥改善油耗的效果。

附图说明

图1是表示现有示例中的负载电路的保护装置的构成的电路图。

图2是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的构成的电路图。

图3是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置中的开关电路的详细构成的框图。

图4是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的改变热阻时的电流/断开时间特性的说明图。

图5是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的改变热阻时的电流/断开时间特性的说明图。

图6是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的改变热容量时的电流/断开时间特性的说明图。

图7是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的改变热容量时的电流/断开时间特性的说明图。

图8是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的电流/断开时间特性的说明图。

图9是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的电流/断开时间特性的说明图。

图10是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的电流/断开时间特性的说明图。

图11是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的电流/断开时间特性的说明图。

图12(a)和图12(b)是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的、计算发热所改变的电线温度及计算放热所改变的电线温度的过程的说明图。

图13(a)和图13(b)是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的、计算发热所改变的电线温度及计算放热所改变的电线温度的过程的说明图。

图14(a)和图14(b)是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的、计算发热所改变的电线温度及计算放热所改变的电线温度的过程的说明图。

图15(a)和图15(b)是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的、计算发热所改变的电线温度及计算放热所改变的电线温度的过程的说明图。

图16(a)和图16(b)是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的、计算发热所改变的电线温度及计算放热所改变的电线温度的过程的说明图。

图17(a)和图17(b)是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的、计算发热所改变的电线温度及计算放热所改变的电线温度的过程的说明图。

图18A是表示根据本发明的实施例的负载电路的保护装置的处理动作的流程图。

图18B是图18A的流程图的继续。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图2所示的负载电路，对例如搭载于车辆的灯泡和马达等的负载11供给从电池(电源)VB所输出的电力，从而控制各负载11的驱动和停止。该负载电路包括汽车用电子控制单元(ECU)12和接线盒(J/B)13。

ECU12包括诸如MOSFET的多个电子开关Tr1。各电子开关Tr1的一侧端子与负载11连接，并且其另一侧端子通过电线W1与J/B13连接。并且，ECU12包括控制IC14。并且，各电子开关Tr1是通过IC14来控制接通/关断，并且跟随电子开关Tr1的接通/关断而控制负载11的驱动和停止。

J/B13包括将电线W1和电池VB 相连接的多个开关电路(IPS)16。开关电路16在控制部15的控制下动作。

如图3所示，每个控制电路16包括：半导体继电器(开关装置)S1；检测流过电线W1的电流的电流计163；计时电流流过电线W1的经过时间的计时器162；以及控制电路161，其基于电流计163检测的电流值及计时器162计时的时间来控制半导体继电器S1的接通/关断。

在根据本实施例的负载电路的保护装置中，控制电路(温度推测装置、断开控制装置)161通过使用后述的方法(使用了伪(pseudo)算术表达式的电线温度的推测方法)来推测电线W1的温度。并且，在电线W1的推测温度达到电线W1的允许温度(例如，150℃)的情形下，控制电路161断开电线W1的上游侧。结果，保护了电线W1和设置在电线W1下游侧的各开关Tr1以及各负载11。

在根据本实施例的负载电路的保护装置中，控制电路(温度推测装置、断开控制装置)161通过使用后述的方法来推测电线W1的温度。并且，在电线W1的推测温度达到预定的阈值温度(例如，50℃)的情形下，控制电路161断开电线W1的上游侧。结果，保护了电线W1和设置在电线W1下游侧的各开关Tr1以及各负载11。

以下，详细说明推测电线W1的温度的方法。以下所示的表达式(1)是表示发热时电线温度的一般表达式。并且，表达式(2)是表示放热时电线温度的一般表达式。

[数学式3]

T2＝T1+I1²rR{1-exp(-t/CR)}…(1)

[数学式4]

T2＝T1+I2²rR{exp(-t/CR)}…(2)

在此，T1是周围温度[℃]、T2是电线的推测温度[℃]、I1和I2是通电电流[A]、r是电线导体电阻[Ω]、R是热阻[℃/W]、C是热容量[J/℃]、t是时间[sec]。注意，对于上述周围温度T1，可使用指定基于电路被设置的环境的大气温度的方法、设置温度计(未图示)且指定该温度计所检测的温度的方法、等等。

从而，通过对表达式(1)指定周围温度T1、电流I1、时间t，获得发热时电线W1的推测温度T2。并且，通过对表达式(2)指定周围温度T1、电流I2、时间t，获得放热时电线W1的推测温度T2。

并且，如果在推测温度T2达到预定的阈值温度的时刻断开开关电路16，则可以保护包括电线W1的整个负载电路。例如，在电线W1的允许温度为150℃的情形下，如将阈值温度预先设置为50℃作为低于150℃的温度，则在电线W1达到允许温度而导致由过电流的发热所引起的冒烟之前的时刻断开电路，由此可以保护包括电线W1的整个负载电路。从而，如果使用根据本实施例的负载电路的保护装置，则无需像常规那样在各负载电路的上游侧设置保险丝，即可确实地感测到温度上升而断开电路，从而可以保护电路。

在本实施例中，通过将阈值温度设定为电线的允许温度，并且改变在上述的表达式(1)和表达式(2)中所表示的热阻R及热容量C的值，设置成使得在实际上低于允许温度的温度断开电路。具体而言，将上述热阻R设置为比电线的实际热阻大的值“R^＊”(伪热阻)，并且将电线的热容量C设置成比实际热容量小的值“C^＊”(伪热容量)。

并且，当使用算术表达式计算电线温度T2时，其中将伪热阻R^＊指定给上述表达式(1)和表达式(2)，在发热时计算比实际温度高的温度。以下，参照图4、图5所表示的特性图对此进行说明。

图4是表示在使用允许温度为150℃的电线(以下简称为样品电线)、且对该样品电线连续通过15[A]的电流时，电线温度的变化的特性图。在这里，曲线s11是表示将表达式(1)所示的热阻R设定为使用该样品电线的热阻(＝7.5[℃/W])的情形下(在使用通常的热阻的情形)的特性曲线。并且，曲线s12是表示将表达式(1)的热阻R设定为使用伪热阻R^＊(＝25[℃/W])的情形下的特性曲线图。

如曲线s11所示，在样品电线流过[15A]的电流时，电线温度在109℃饱和。具体而言，即使使得15[A]的电流长时间持续流过该电线，电线温度也不会达到作为允许温度的150℃。与此相对地，如曲线s12所示，在利用已使用伪热阻R^＊的表达式(1)(伪算术表达式)来推测电线温度(以下该温度被称为“第1参考电线温度”)的情形下，电线温度在303℃饱和，在经过约70[sec]的时刻，超过作为允许温度的150℃。

如上所述，通过使用伪热阻R^＊作为在表达式(1)、表达式(2)中所使用的热阻R，可获得第1参考电线温度作为比实际电线温度高的温度。具体而言，如使用其中将伪热阻R^＊指定给表达式(1)和表达式(2)的伪算术表达式，则即使在实际电线温度未达到允许温度(即150℃)的情形下，第1参考电线温度也达到允许温度。从而，如果在第1参考电线温度已达到允许温度时断开负载电路，则在实际电线温度达到允许温度之前的时刻断开负载电路，从而可以保护电线及电路构成元件。

图5是表示在使用允许温度为150℃的样品电线、且在该样品电线连续接通50[A]的大电流时的电线温度变化的特性图。在这里，曲线s13是表示在将表达式(1)的热阻R设定为该样品电线的热阻(＝7.5[℃/W])的情形下的特性曲线。并且，曲线s14是表示在将表达式(1)所表示的热电阻R设定为热阻R^＊(＝2.5[℃/W])的情形下的特性曲线。

如曲线s13所示，在样品电线流过50[A]的电流时，电线温度在956℃饱和。并且，如曲线s14所示，使用伪热阻R^＊所获得的第1参考电线温度在3065℃饱和。在此，对曲线s13和曲线s14进行比较可知，曲线s13在从通电开始经过大约5.5[sec]的时刻达到饱和温度150℃，曲线s14在从通电开始经过大约5.3[sec]的时刻达到饱和温度150℃。

根据如上所述应当理解，在持续流过超过样品电线的允许温度的大电流的情形下，实际电线温度及第1参考电线温度两者在大致同一时间达到饱和温度(即150℃)。

从而，如图4、图5所示的特性图可知，通过使用伪热阻R^＊，可以在流过超过电线允许温度的大电流的情形下及时断开电路，且可以在流过接近电线的允许温度的电流的情形下在达到允许温度之前的较早时刻断开电路。

接着，在通过使用其中将伪热阻R^＊及伪热容量C^＊两者指定给上述表达式(1)和表达式(2)的算术表达式(伪算术表达式)计算电线温度T2时，在发热时电线温度达到饱和温度为止的时间(饱和时间)变得比实际饱和时间短。以下，参照图6、图7所示的特性图进行说明。

图6是表示使用允许温度为150℃的电线(以下被称为样品电线)、且在该样品电线连续流过15[A]的电流时的电线温度变化的特性图。在此，曲线s21是表示在表达式(1)所示的热容量C被设定为该样品电线的热容量C(＝4.7[J/℃])的情形下的特性曲线。并且，曲线s22是表示在表达式(1)所示的热容量C被设定为该样品电线的伪热容量C^＊(＝0.05[J/℃])的情形下的特性曲线。并且，使用上述的伪热阻R^＊作为热阻。

如曲线s21所示，在样品电线流过15[A]的电流时，电线温度在303℃饱和。这与图4所示的曲线s12相同。与此相对地，如曲线s22所示，在使用伪热容量C^＊计算电线温度(以下，该温度被称为“第2参考电线温度”)的情形下，以与曲线s21相同的方式饱和温度为303℃，但缩短了电线温度达到饱和温度为止的时间(饱和时间)。具体而言，在曲线s21中，电线温度从通电开始经过大致400[sec]而达到饱和温度303℃，而在曲线s22中，在通电开始后几乎瞬间就达到饱和温度303℃。结果，在曲线s21中，在从通电开始经过大致70[sec]的时刻电线温度达到允许温度(即150℃)，而在曲线s22中，在通电开始后几乎瞬间就达到允许温度(即150℃)。

如上所述，通过使用伪热阻R^＊及伪热容量C^＊作为在表达式(1)、表达式(2)中使用的热阻R及热容量C，使得第2参考电线温度达到通电电流的饱和温度为止所需要的时间被缩短。

图7是表示在允许温度为150℃的样品电线连续流过50[A]的电流时的电线温度的变化的特性图。在此，曲线s23是表示表达式(1)所示的热容量C被设定为该样品电线的热容量C(＝4.7[J/℃])的情形下的特性曲线。并且，曲线s24是表示表达式(1)所示的热容量C 被设定为该样品电线的伪热容量C^＊(＝0.05[J/℃])的情形下的特性曲线。注意，上述伪热阻R^＊被用作热阻。

如曲线s23所示，在样品电线流过50[A]的电流时，电线温度在3068℃饱和。与此相对地，如曲线s24所示，在使用伪热容量C^＊推测电线温度(第2参考电线温度)的情形下，其饱和温度为与曲线s23相同的3068℃，但缩短了电线温度达到饱和温度为止的时间。具体而言，在曲线s23中，从通电开始经过大致500[sec]而达到饱和温度3068℃，而在曲线s24中，在通电开始后几乎瞬间就达到饱和温度3068℃。

并且，对于曲线s23和曲线s24，电线温度达到允许温度150℃的时间大致相同。从而，在电线流过大电流的情形下，与热容量无关地，电线温度几乎瞬间就达到允许温度。

如上所述，在表达式(1)和表达式(2)中，热阻R被设定为比实际热阻R大的伪热阻R^＊，热容量C被设定为比实际热容量C小的伪热容量C^＊。应当理解，通过这样的方式，以表达式(1)和表达式(2)(伪算术表达式)推测的第2参考电线温度达到作为比实际电线温度低的温度的允许温度，并且，与实际电线温度相比更早地达到允许温度。换言之，建立在表达式(1)和表达式(2)中使用伪热阻R^＊和伪热容量C^＊的伪算术表达式，并且使用伪算术表达式推测电线温度。并且，如果在该温度达到电线的允许温度(例如为150℃)的情形下断开负载电路，则断开电线情形下的阈值温度变成比电线的允许温度低的温度。

从而，在本实施例中，建立将伪热阻^＊和伪热容量C^＊两者指定给表达式(1)和表达式(2)的算术表达式(伪算术表达式)，并使用该伪算术表达式获得发热所引起的电线温度和放热所引起的电线温度。并且，在使用伪算术表达式的算术运算而电线温度T2达到电线的允许温度(例如为150℃)的情形下，控制电路161断开半导体继电器S1，从而保护电路。具体而言，在使用伪算术表达式的算术运算而电线温度T2达到允许温度的情形下，实际的电线温度是比该温度 T2小的温度，从而可在电线温度达到允许温度(例如为150℃)之前的时刻确实地断开电路。

以下将参照图8～图11详细说明，可以通过利用伪算术表达式推测电线温度来保护电路。

图8所示的曲线s1是表示允许温度被设定为150℃时的电流-时间特性的特性图。具体而言，曲线s1表示将上述表达式(1)的左边的T2固定于150℃时的右边的电流I1和经过时间t[sec]之间的关系。从曲线s1可知，例如，在电线的允许温度(由于过热而冒烟的温度)为150℃的情形下，在20[A]的电流流过10秒的情形下电线温度未达到150℃，但在流过10秒90[A]的电流的情形下电线温度达到150℃。具体而言，如果电路以曲线s1的内侧(图中的左下侧)的电流值运作，则电线温度不会达到允许温度(即150℃)。

并且，曲线s2和s3是表示设置在允许温度被设定为150℃的电线的上游侧的一般规格保险丝的电流/断开时间特性曲线。在此，曲线s2示出上述特性的最大值(MAX)，而曲线s3示出其最小值(MIN)。具体而言，在处于曲线s2和s3之间的区域的电流流过该保险丝时，该保险丝被断开而保护电路。从而，通过使用该保险丝，可在电线温度达到150℃之前的时刻确实地断开电路。因此，只要电路16的构成中包括图2和图3所示的曲线s2和s3之间的电流/断开时间特性，则可模拟出以往所使用的保险丝的特性。

此外，曲线s4示出负载特性。曲线s4工作在表示保险丝的电流/断开时间特性的曲线s2、s3的内侧(左下侧)，因此，通过在通常工作时流过负载的电流使得保险丝不会被断开。

图9是写入表示将上述的热阻R改变为伪热阻R^＊的情形下，将允许温度设为150℃时的电流/断开时间特性的曲线s5的特性图。具体而言，曲线s5示出，相对于电线的实际热阻R(＝7.5[℃/W])，将伪热阻设为R^＊＝25[℃/W]的情形下的电流/断开时间特性。如图所示，曲线s5示出，位于低电流区域中的保险丝的电流/断开时间特性的最大值和最小值之间的区域内的电流/断开时间特性。具体而言，曲线 s5是通过低电流区域中的曲线s2和s3之间的区域的曲线，并且包括模拟了保险丝的特性。

图10是表示，写入在使用上述的伪热阻R^＊的基础上进一步将热容量C改变为伪热容量C^＊的情形下，将允许温度设为150℃时的情形下的电流/断开时间特性的特性曲线s6的特性图。具体而言，曲线s6表示在使用上述的伪热阻R^＊的基础上，相对于电线的实际热容量C(＝4.7[J/℃])将伪热容量C^＊设为等于0.05[J/℃]的情形下的电流/断开时间特性。如图10的曲线s6可知，在使用伪热阻R^＊及伪热容量C^＊的情形下，电流/断开时间特性是位于保险丝的电流/断开时间特性的最大值和最小值之间的区域内的电流/断开时间特性。具体而言，曲线s6是在全部电流区域内穿过曲线s2和曲线s3之间的区域的曲线。通过使用该电流/断开时间特性，可以获得模拟了现有保险丝的特性。

因此，在本实施例的负载电路的保护装置中，通过使用其中表达式(1)和表达式(2)中的热阻R和热容量C分别被指定为伪热阻R^＊及伪热容量C^＊的伪算术表达式来推测电线温度。以这样的方式，控制电路161根据模拟了保险丝的电流/断开时间特性来断开电路。

图11表示通过开关电路16能够根据上述曲线s6所示的电流/断开时间特性断开电路的事实，与以往相比可以更多地减小电线的直径的情形。具体而言，例如，通过使用包括曲线s6所示的电流/断开时间特性的开关电路16，即使在将具有曲线s1中所示的允许温度的电线变化为具有低于曲线s1中所示的允许温度的曲线s7中所示的允许温度的电线的情形下，也可毫无问题地使用具有曲线s7所示的这样的较低允许温度。具体而言，在根据本实施例的负载电路的保护装置中，通过使用包括与现有的保险丝同等电流/断开时间特性的开关电路16，可以减小电线的直径。

其次，说明图12～图17所示的模式1～6，其与通过上述表达式(1)计算发热时的电线温度及通过表达式(2)计算放热时的电线温度的过程相关。

[模式1]

图12(a)是表示电线温度在恒定电流(40[A])下饱和并且饱和后电流被断开而放热的情形下的电线的温度变化的特性图。并且，图12(b)是表示状态变化的说明图。首先，在初期温度为周围温度T0(状态P1)的状态下，电线流过40[A]的电流。然后，电线温度从温度T0开始逐渐上升(状态P2)，并且在时刻tx＝t1达到流过40[A]的电流时的饱和温度T40max。具体而言，将在上述表达式(1)右边的周围温度T1指定为T0，将右侧的电流I1指定为40[A]，并且将右侧的时间t指定为t1。发热所引起的电线的推测温度T2沿着如图12(a)所示的曲线上升，且在时刻t1达到饱和温度T40max。

当电流在此后被断开时，由于此时的电线温度为T40max(状态P3)，所以反过来计算在电线温度T40max饱和的电流值I2。结果，所获得的电流值I2为40[A]。然后，将在表达式(2)所示的T1指定为周围温度，并且进一步将所获得的电流值I2及经过时间t指定给表达式(2)中对应的项，从而获得放热所引起的电线的推测温度T2(状态P4)。

具体而言，在电线流过40[A]的电流且在电线温度达到该电流40[A]的饱和温度T40max之后电流被断开的情形下，将在表达式(2)右边所示的电流I2指定为40[A]，从而获得放热时的电线温度。

【模式2】

图13(a)是表示在电线温度上升到恒定电流(40[A])、在电线温度达到饱和温度T40max之前的瞬态电流被断开而放热的情形下的电线的温度变化的特性图。并且，图13(b)是表示状态变化的示意图。首先，在初期温度为周围温度T0(状态P11)的情形下，电线流过40[A]的电流。然后，电线温度从温度T0逐渐上升(状态P12)。并且，在时刻tx断开40[A]的通电电流的情形下，即在电线温度达到由40[A]通电的饱和温度T40max之前的瞬态温度下断开电流的情形下，获得由于此时发热所引起的温度Tx，并且反过来计算该温度Tx成为饱和温度的电流值I2(状态P13)。例如，在时刻tx的电线温度Tx为流过30[A]电流时的饱和温度T30max的情形下，将在表达式(2) 右边的电流I2指定为30[A]，进一步将右边的T1指定为周围温度，并进一步将右边的t指定为经过时间，由此获得放热所引起的电线的推测温度T2(状态P14)。

具体而言，在流过40[A]的电流而在电线温度达到40[A]电流的饱和温度T40max之前断开电流的情形下，获得在断开电流时的温度下饱和的电流。然后，将该电流指定给在表达式(2)右边的对应项，从而获得在放热的情形下的电线温度。

【模式3】

图14(a)是表示在电线温度达到通过第1电流(例如为30[A])的饱和温度，并且电线温度进一步达到通过比第1电流大的第2电流(例如为40[A])的饱和温度的情形下的电线的温度变化的特性图。并且，图14(b)是表示状态变化的说明图。首先，在初期温度为周围温度T0(状态P21)的状态下，电线流过30[A]的电流。然后，电线温度Tx从温度T0逐渐上升(状态P22)且在时刻t1达到饱和温度T30max(状态P23)。

在此状态下电流变化为40[A]的情形下，反过来计算假定为从当初开始流过40[A]的电流且电线温度达到T30max的情形下的经过时间t3(状态P24)。然后，将在表达式(1)右边的电流I1指定为40[A]，且将时间t指定为上述t3，获得经过时间直到时刻t2为止的推测温度T2(再一次到状态P22)。然后，在时刻t2时电线温度达到流过40[A]电流时的饱和温度T40max(状态P25)。

具体而言，首先，通过流过30[A]的电流，使得电线温度达到30[A]电流的饱和温度T30max。此后，在将电流变化为40[A]的情形下，计算假定为从当初开始流过40[A]的电流的情形下的经过时间，即图14(a)所示的时间t3。然后，通过将时间t3指定给在表达式(1)中的相应项来获得电线温度。

【模式4】

图15(a)是表示在通过第1电流(例如30[A])使得电线温度上升，在电线温度达到该第1电流所引起的饱和温度T30max之前，第1电流被变化为比第1电流大的第2电流(例如40[A])，且电线温度达到该第2电流的饱和温度T40max的情形下的电线的温度变化的特性图。并且，图15(b)是表示状态变化的说明图。首先，在初期温度为周围温度T0(状态P31)，并且电线流过30[A]的电流，电线温度Tx从温度T0逐渐上升(状态P32)。然后，在时刻tx电线温度达到Tx时，电流变化为40[A]。于是，反过来计算假定从当初开始流过40[A]的电流且电线温度达到Tx的情形下的经过时间t3(状态P33)。并且，将在表达式(1)右边的电流I1指定为40[A]的电流，并且将右边的时间t指定为前述的t3，获得经过时间直到时刻t2为止的推测温度T2(再一次到状态P32)。然后，在时刻t2，电线温度达到流过40[A]的电流时的饱和温度T40max(状态P34)。

具体而言，在电线温度达到通过流过30[A]电流的30[A]电流的饱和温度之前达到温度Tx的时刻，将电流变化为40[A]的情形下，计算假定为从当初开始流过40[A]的电流的情形下的经过时间，即图15(a)所示的时间t3。然后，通过将时间t3指定给表达式(1)的对应项来计算电线温度。

【模式5】

图16(a)是表示在通过第1电流(例如为40[A])使得电线温度达到第1电流的饱和温度T40max，并且使得电线温度降低至在通过比第1电流小的第2电流(例如为30[A])的第2电流的饱和温度T30max的情形下的电线的温度变化的特性图。并且，图16(b)是表示状态变化的说明图。首先，在初期温度为周围温度T0(状态P41)时，电线流过40[A]的电流。然后，电线温度Tx从温度T0逐渐上升(状态P42)，并且在时刻t1达到饱和温度T40max(状态P43)。

在电流在该状态下变化为30[A]的情形下，获得在流过40[A]的电流时的饱和温度T40max和在流过30[A]的电流时的饱和温度T30max之间的差dT(dT＝T40max-T30max)。然后，根据温度差dT计算饱和的电流值I2(状态P44)。结果，例如在I2变成等于7.5[A]的情形下，将在表达式(2)右边的I2指定为电流7.5[A]，并且获得放热所引起的电线的推测温度T2(状态P45)。此后，在经过时间t2后，电线温度达到在流过30[A]的电流时的饱和温度T30max(状态P46)。

具体而言，首先，流过40[A]的电流，电线温度达到40[A]电流的饱和温度T40max。此后，在电流变化为30[A]的情形下，获得各饱和温度之间的差dT，并且计算在该温度差dT下饱和的电流值I2。然后，通过将该电流值I2指定给表达式(2)中的对应项来计算电线温度。

【模式6】

图17(a)是表示在通过第1电流(例如为40[A])使得电线温度上升，在电线温度达到第1电流的饱和温度T40max之前达到温度Tx时，第1电流变化为比第1电流小的第2电流(例如为30[A])，并且电线温度降低而达到第2电流的饱和温度T30max的情形下的电线的温度变化特性图。并且，图17(b)是表示状态变化的说明图。首先，在初期温度为周围温度T0(状态P51)时，电线流过40[A]的电流。然后，电线温度Tx从温度T0逐渐上升(状态P52)。然后，在时刻tx电线温度达到Tx时电流变化为30[A]的情形下，获得温度Tx和流过30[A]电流时的饱和温度T30max之间的温度差dT(dT＝Tx-T30max)，并且计算在该温度差dT下饱和的电流值I2(状态P53)。结果，在I2变成等于5[A]的情形下，将在表达式(2)的右边的I2指定为5[A]，并且获得由放热所引起的推测温度T2(状态P54)。此后，在经过时间t2后，电线温度达到接通30[A]的电流时的饱和温度T30max(状态P55)。

具体而言，在电线温度通过流过40[A]的电流而达到流过40[A]电流时的饱和温度T40max之前达到温度Tx的时刻，电流变化为30[A]的情形下，计算温度Tx和接通30[A]的电流时的饱和温度T30max之间的差dT，并且计算以该温度差dT饱和的电流值I2。然后，通过将该电流值I2指定给表达式(2)的对应项来获得电线温度。

接下来，参照如图18A和18B所示的流程图，对根据本实施例的负载电路的保护装置的处理动作进行说明。注意，在图18A和18B中所述的一系列处理是以预定的采样周期反复执行的。

首先，在步骤S11的处理中，如图3所示的开关电路16的控制电路161，对通过电流计163是否检测出电流进行判断。具体而言，控制电路161判断电流是否流过图2所示的负载11。然后，在判断为电流流过负载11的情形下(在步骤S11中的是)，处理移动到步骤S12。并且，在判断为电流未流过负载11的情形下(在步骤S11中的否)，处理移动到步骤S14。

在步骤S12，控制电路161判断现在电流值的目标温度(在持续流过具有一定值的现在电流的情形下的饱和温度)是否等于或高于已有推测温度(前次采样时的目标温度)。然后，在判断为目标温度等于或高于已有推测温度的情形下(步骤S12中的是)，处理移动到步骤S13。并且，在判断为目标温度不等于或高于已有推测温度的情形下(步骤S12中的否)，处理移动到步骤S14。

在步骤S13，控制电路161根据表达式(1)(使用伪热阻R^＊及伪热容量C^＊的表达式)向着目标温度进行发热处理。在该情形下，使用在前述的模式3及模式4中所示的温度推测方法。在该处理结束的情形下，处理移动到步骤S15。

在步骤S14，控制电路161根据表达式(2)(使用伪热阻R^＊及伪热容量C^＊的表达式)向着目标温度进行发热处理。在该情形下，使用在前述的模式1、2、5、6中所示的温度推测方法。并且，在未检测出电流的情形下将周围温度定义为目标温度。在该处理结束的情形下，处理移动到步骤S15。

在步骤S15，控制电路161基于从步骤S15、S16、S17的处理中获得的温度，计算电线W1的现在推测温度。并且，控制电路161将计算的推测温度保存到存储器(未图示)等中。在该处理结束的情形下，处理移动到步骤S16。

在步骤S16，控制电路161判断在步骤S15的处理中计算的推测温度是否等于或小于设定保护温度。设定保护温度是通过图10的曲线 s6所获得的温度。并且，在推测温度等于或小于设定保护温度的情形下(步骤S16中的是)，处理回到步骤S11。并且，在推测温度不等于或小于设定保护温度的情形下(步骤S16的否)，处理移动到步骤S17。

在步骤S17，控制电路161强制关断图3所示的半导体继电器S1。具体而言，在电线的推测温度等于或高于阈值的情形下，断开半导体继电器S1，从而保护电路。在该处理结束的情形下，处理移动到步骤S18。

在步骤S18，控制电路161利用表达式(2)进行放热处理，其中周围温度被定义为目标温度。具体而言，即使在半导体继电器S1被关断的情形下，电线W1也放热，从而获得在该情形下的放热温度。在该处理结束的情形下，处理移动到步骤S19。

在步骤S19，控制电路161判断推测温度是否已经降低到周围温度或以下。然后，在推测温度已经降低到周围温度或以下的情形下(在步骤S19中的是)，处理移动到步骤S20。并且，在推测温度未降低到周围温度或以下的情形下(在步骤S19中的否)，处理返回到步骤S18。

在步骤S20，控制电路161解除半导体继电器S1的这种强制关断。具体而言，在电线W1的推测温度已经降低到周围温度或以下的情形下，即使使得电流再次流过电线W1也不会有问题。因此，解除半导体继电器S1的强制关断。在该处理结束的情形下，处理返回到步骤S11。

如上所述，在根据本实施例的负载电路的保护装置中，利用使用伪热阻R^＊及伪热容量C^＊的算术表达式(伪算术表达式)作为表达式(1)和表达式(2)来推测电线W1的温度。并且，在该推测温度达到电线的允许温度(例如，150℃)的情形下，断开半导体继电器S1。以这样的方式，保护了负载电路。从而，在过电流流过负载11而在电线W1的实际温度达到允许温度(例如，50℃)之前的时刻可以确实地断开电路，并且可以保护电线W1及设置在其下游侧的负载11。因此，无需使用现有的保险丝。

并且，不会发生以往的保险丝那样因冲击电流及负载的接通及关断操作的重复进行所引起的劣化，也无需确保用于断开温度的差额。因此，可降低电线的直径，并且可以实现电线的小型化、轻量化。并且，最终可以发挥改善油耗的效果。

并且，对于现有的保险丝，设定了诸如5[A]、7.5[A]、10[A]、15[A]、20[A]的固定电流值。然而，在根据本实施例的负载电路的保护装置中，适当地设定伪热阻R^＊及伪热容量C^＊。以这样的方式，可设置任意的电流值(例如，6[A]、12.5[A]等)。因此，可以使保护装置有利于电线直径的减小。

并且，在根据本实施例的负载电路的保护装置中，使用了温度推测方法。因此，保护装置不仅可以适用于具有相对于一个负载而设置一个保险丝的构成的负载电路，而且可适用于在下游侧连接多个分歧的负载的系统以及在任意时刻进行负载的接通和关断的负载电路。

如上所述，已经基于图示的实施例说明了根据本发明的负载电路的保护装置。但是，本发明并不限于上述内容，并且各部分的构成也可替换为具有与其相同功能的任意结构。例如，尽管例如采用搭载于车辆的负载电路作为例子说明了本实施例，但是本发明并不限于这些，并且也可适用于其他负载电路。

工业实用性

本发明的负载电路的保护装置，在不使用在负载电路中使用的保险丝的情况下保护电线，因此非常实用。

Claims

1.一种负载电路的保护装置，用于在负载电路的电线温度上升时断开所述负载电路，所述负载电路将从电源输出的电力供给到负载并驱动所述负载，所述保护装置包括：

计时经过时间的计时器；

电流检测装置，检测流过其下游侧电线的电流；

开关装置，切换到所述负载电路的电力的连接和断开；

温度推测装置，其中设定了值比在所述负载电路中使用的电线的热容量小的伪热容量和值比所述电线的热阻大的伪热阻，所述温度推测装置具有伪算术表达式，并且基于所述电流检测装置检测的电流值和所述计时器计时的经过时间使用所述伪算术表达式来推测所述电线温度，在所述伪算术表达式中所述伪热容量和伪热阻被指定给用于根据所述电线的热容量和热阻计算电线温度的算术表达式中的热容量和热阻；以及

断开控制装置，在所述温度推测装置所推测的电线温度达到所述电线的允许温度的情形下断开所述开关装置。

2.根据权利要求1所述的负载电路的保护装置，其中，在断开所述开关装置之后，在所述温度推测装置所推测的温度降低到周围温度或以下的情形下，所述断开控制装置使得所述开关装置处于可连接的状态。

3.根据权利要求1所述的负载电路的保护装置，其中，

所述伪热阻和所述伪热容量的值被设定为，使得基于所述伪算术表达式的电流/断开时间特性能够低于直径比在所述负载电路中使用的电线的直径细一个等级的电线的电流/断开时间特性。

4.根据权利要求1所述的负载电路的保护装置，其中，

所述伪热阻和所述伪热容量的值被设定为，使得基于所述伪算术表达式的电流/断开时间特性能够位于保险丝的最低电流/断开时间特性和最高电流/断开时间特性之间，所述保险丝用于保护在所述负载电路中所使用的电线。

5.根据权利要求1所述的负载电路的保护装置，其中，用于计算所述电线温度的算术表达式被表示为：

[数学式1]

T2＝T1+I1²rR{1-exp(-t/CR)}…(1)

[数学式2]

T2＝T1+I2²rR{exp(-t/CR)}…(2)

其中，在发热时使用表达式(1)，在放热时使用表达式(2)，T1是周围温度[℃]，T2是电线的推测温度[℃]，I1和I2是通电电流[A]，r是电线导体电阻[Ω]，R是热阻[℃/W]，C是热容量[J/℃]，并且t是时间[sec]。