CN108370151A - 供电控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够防止电线及开关元件的冒烟的供电控制装置。该供电控制装置具备：开关元件，设置在连接电源与负载的电线的中途；电流检测部，检测在电线流动的电流的电流值；温度推定部，基于电流检测部检测出的电流值来推定电线的电线温度；以及控制部，基于由温度推定部推定出的电线温度来控制开关元件的接通或断开，其中，控制部通过将电线的温度运算中的散热时间常数变更为小的值来推定开关元件的冒烟温度，在电线温度为推定出的开关元件的冒烟温度以上的情况下，将开关元件控制成断开。

Description

供电控制装置

技术领域

本发明涉及推定电线温度并在推定出的电线温度为阈值以上的情况下切断电线的通电的供电控制装置。

背景技术

以往，提出了一种供电控制装置，其通过接通或断开在连接电源与负载的电线的中途设置的开关元件来控制从电源向负载的供电(例如，参照专利文献1)。

对于专利文献1所记载的供电控制装置，例如输入指示向负载的供电的开始或结束的信号。专利文献1所记载的供电控制装置根据输入的信号来接通或断开开关元件，并且基于流过电线的电流的值而按时间序列计算电线的周围温度和电线温度的温度差。

该温度差基于先前计算出的先前温度差和流过电线的电流的值来计算。在通过对计算出的温度差加上周围温度而计算出的电线温度为预定的温度阈值以上的情况下，无论输入的信号如何，开关元件都被断开。由此，经由电线的供电停止而电线温度降低，因此能预防防止电线的冒烟或起火。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-239835号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1中，对于开关元件的冒烟特性没有进行任何考虑。由于开关元件和电线的热特性(发热特性及散热特性)不同，因此有如下问题点：即便根据只基于电线的冒烟特性而确定的允许温度来切换开关元件的接通/断开，在流动有较大的电流的情况下，也有可能无法保护开关元件。

用于解决课题的技术方案

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种能够预先防止电线及开关元件的冒烟的供电控制装置。

本申请的供电控制装置具备：开关元件，设置在连接电源与负载的电线的中途；电流检测部，检测在所述电线中流动的电流的电流值；温度推定部，基于该电流检测部检测出的电流值来推定所述电线的电线温度；以及控制部，基于由该温度推定部推定出的电线温度来控制所述开关元件的接通或断开，所述供电控制装置的特征在于，所述控制部通过将所述电线的温度运算中的散热时间常数变更为小的值来推定所述开关元件的冒烟温度，在所述电线温度为推定出的所述开关元件的冒烟温度以上的情况下，将所述开关元件控制成断开。

本申请的供电控制装置的特征在于，所述温度推定部基于所述电线的热阻、导体电阻、散热时间常数及电流值来推定所述电线的电线温度。

本申请的供电控制装置的特征在于，所述冒烟温度是根据假想电线的冒烟特性而推定的温度，所述假想电线具有比所述电线的散热时间常数小的散热时间常数，且满足所述开关元件的冒烟特性。

发明效果

根据本申请，能够预先防止电线及开关元件的冒烟。

附图说明

图1是对本实施方式的供电控制装置的结构进行说明的框图。

图2是表示电线的冒烟特性的坐标图。

图3是对以往的允许温度的设定方法进行说明的说明图。

图4是表示电线及开关元件的冒烟特性的坐标图。

图5是对本实施方式中的允许温度的设定方法进行说明的说明图。

图6是对控制部所执行的处理的步骤进行说明的流程图。

具体实施方式

以下，基于表示本发明的实施方式的附图来对本发明进行具体说明。

图1是对本实施方式的供电控制装置的结构进行说明的框图。本实施方式的供电控制装置1具备：开关元件11，设置在连接电源2与负载3的电线4的中途；电流检测电路12，检测在电线4中流动的电流的电流值；微型计算机14(以下，称为微机14)，基于由电流检测电路12检测出的电流值来推定电线温度，输出用于接通或断开开关元件的控制信号；以及控制电路15，根据来自微机14的控制信号来接通或断开开关元件。

本实施方式的供电控制装置1例如搭载于车辆。电源2是铅蓄电池、锂离子电池等，在开关元件11处于接通的情况下，经由线束等电线4向头灯、刮水器电动机等负载3供给电力。在本实施方式中，利用微机14来推定从电源2向负载3供给电力时的电线温度，在推定出的电线温度为阈值温度(电线的允许温度)以上的情况下断开开关元件11，从而切断向负载3的供电。

开关元件11例如是N沟道型的FET(Field Effect Transistor，场效晶体管)。在图1所示的例子中，FET的漏极经由电线4与电源2连接，源极经由电线4与负载3连接。另外，FET的栅极与控制电路15连接。由于开关元件11设置在连接电源2与负载3的电线4的中途，因此在开关元件11处于接通的情况下，能够从电源2向负载3供电，在开关元件11处于断开的情况下，从电源2向负载3的供电被切断。

电流检测电路12是用于检测流过电线4的电流的电流值的电路，将表示电流值的模拟信号向微机输出。电流检测电路12与微机14连接，并且经由电阻13与固定电位连接，将在电线4中流动的电流的预定数分之一(例如四千分之一)的电流向电阻13输出。此时，向微机14输入的电压的模拟值由流过电阻13的电流的值与电阻13的电阻值之积表示。在此，电阻值为常数，因此向微机14输入的电压的值与经由电阻13流动的电流的值成比例。另外，由于流过电线4的电流的值是将电流检测电路12所输出的电流的值乘以预定数倍而得到的电流值，因此将向微机14输入的电压的值除以电阻13的电阻值再乘以预定数倍所得到的值是流过电线4的电流的电流值。

微机14具备控制部141、存储部142、输入部143及输出部144。控制部141例如具备CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)等。控制部141内的CPU通过执行预先存储于ROM的控制程序来实现基于在电线4中流动的电流的电流值来推定电线温度的功能、将推定出的电线温度与温度阈值进行比较的功能、基于比较结果来判定是否需要进行开关元件11的接通或断开的功能等。另外，控制部141也可以具备计测从给予计测开始指示起到给予计测结束指示为止的经过时间的计时器、计数的计数器等(未图示)。

存储部142例如由EEPROM(Electronically Erasable Programmable Read OnlyMemory，电可擦可编程只读存储器)等存储器构成，存储根据电线4的电流值来计算电线温度所需要的数据、决定开关元件11的接通及断开所需要的数据等。存储于存储部142的内容的读取及写入由控制部141进行。

输入部143具备接受模拟信号的输入的输入端子以及将通过输入端子输入的模拟信号变换为数字信号的A/D变换电路(A：Analog，模拟；D：Digital，数字)。在本实施方式中，输入部143与电流检测电路12连接。对于输入部143，通过电流检测电路12而输入表示流过电线4的电流的电流值的模拟信号。输入部143利用A/D变换电路来将通过电流检测电路12输入的模拟信号变换为数字信号，并将变换后的数字信号向控制部141输出。

输出部144具备用于将从控制部141输出的控制信号向外部的控制电路15输出的接口。在本实施方式中，控制部141在指示从电源2向负载3的供电时，通过输出部144而向控制电路15输出用于接通开关元件11的控制信号。另外，控制部141在切断从电源2向负载3的供电时，通过输出部144而向控制电路15输出用于断开开关元件11的控制信号。

控制电路15是用于根据从微机14输出的供电指示所涉及的控制信号或切断指示所涉及的控制信号来接通或断开开关元件11的电路。控制电路15例如具备比较器和与门电路，比较器将来自电流检测电路12的输入电压和参照电压进行比较，若输入电压小于参照电压则输出高电平的信号，若输入电压为参照电压以上则输出低电平的信号，与门电路进行来自微机14的控制信号与比较器的输出信号之间的逻辑与。在该情况下，控制电路15在来自电流检测电路12的输入电压小于参照电压且从微机14被输入了供电指示所涉及的控制信号(例如高电平的信号)的情况下，输出高电平的信号而接通开关元件11，在除此之外的情况下，输出低电平的信号而断开开关元件11。

此外，在本实施方式中，设为微机14基于在电线4中流动的电流的电流值来推定电线温度并基于推定出的电线温度来输出用于接通或断开开关元件11的控制信号来进行说明，但微机14也可以具有如下功能：在从外部受理了指示负载3的工作的工作信号及指示负载3的工作停止的停止信号的情况下，基于这些信号而输出使开关元件11接通或断开的控制信号。

另外，微机14也可以具有如下功能：判断通过电流检测电路12而在电阻13中流动的电流是否为阈值电流以上，在判断为在电阻13中流动的电流为阈值电流以上的情况下，即能够判断为在电线中流动有超过允许范围的电流的情况下，即刻输出断开开关元件11的控制信号。通过该功能，能够防止在电线4中流动过电流。

以下，对电线温度的推定方法进行说明。

电线4的电线温度在从电源2向负载3供电时伴随于电线4的发热而上升，在从电源2向负载3的供电被切断时伴随于电线4的散热而降低。

电线4的电线温度例如能够通过利用以下的式子运算相对于基准温度的温度差ΔT而进行推定。

ΔT＝ΔTp×exp(-Δt/τ)+I²×R×r×{1-exp(-Δt/τ)}…(式1)

在此，

ΔT：电线4相对于基准温度的温度差(℃)

ΔTp：先前温度差(℃)

I：在电线4中流动的电流的电流值(A)

R：电线4的热阻(℃/W)

r：电线4的导体电阻(Ω)

Δt：采样时间(sec)

τ：电线4的散热时间常数(sec)。

上述的式1的右边第一项表示停止了从电源2向负载3的供电的情况(即在电线4中流动的电流的电流值I为0的情况)下的伴随于电线4的散热的温度降低，右边第二项表示进行着从电源2向负载3的供电的情况下的伴随于电线4的发热的温度上升。

此外，作为基准温度，可以使用设置供电控制装置1的场所中的环境温度(设定值)。另外，也可以利用热敏电阻等温度传感器(未图示)来计测设置供电控制装置1的场所的温度并向微机14输入，将现实的环境温度用作基准温度。

在供电控制装置1的微机14所具备的存储部142中，预先存储有上述的运算式及电线4的导体电阻、热阻、散热时间常数的数据等。微机14的控制部141能够以预定的时间间隔(采样时间Δt)取得基于从电流检测电路12输入的信号而得到的电线4的电流值I，并通过使用上述的式1来推定电线4的电线温度(＝基准温度+ΔT)。

控制部141通过将基于在电线4中流动的电流的电流值I而推定出的电线温度与设定的允许温度进行比较，来判定是否需要进行开关元件11的接通或断开。

以下，对本实施方式中设定的允许温度进行说明。

图2是表示电线4的冒烟特性的坐标图。图2所示的坐标图的横轴表示通电时间(sec)，纵轴表示在电线4中流动的电流的电流值(A)。图2中实线所示的曲线表示在电线4中流动的电流的电流值与到电线4冒烟为止的通电时间之间的关系(电线4的冒烟特性)。例如表示，在电线4中流动有电流值I₁的电流的情况下，电线4以t₁₁的通电时间达到冒烟。

根据图2所示的冒烟特性可知，在比电流值I₁大的电流在电线4中流动的情况下，电线4以比t₁₁短的通电时间达到冒烟，在比电流值I₁小的电流在电线4中流动的情况下，电线4以比t₁₁长的通电时间达到冒烟。另外，图2所示的冒烟特性表示，在电线4中流动的电流的电流值小到某种程度的情况下，无论通电时间如何，都不会产生冒烟。

图3是对以往的允许温度的设定方法进行说明的说明图。在电线4中流动有电流值I₁的电流的情况下，在比t₁₁短的t₁₀的通电时间下电线4不会冒烟，因此能够将对应的温度设定为电线4的允许温度。对于具有比电流值I₁大(或小)的电流值的电流在电线4中流动的情况下的允许温度也是同样，例如能够将与图3的虚线所示的曲线对应的电线4的温度设定为允许温度。

如此，以往，只考虑电线4的冒烟特性而设定电线4的允许温度(阈值)。即，在以往的供电控制装置中，将基于在电线中流动的电流的电流值而推定出的电线温度与只根据电线的冒烟特性确定的允许温度(阈值)进行比较，在推定出的电线温度为阈值以上的情况下停止供电，在小于阈值的情况下继续供电。

然而，以往，对于开关元件的冒烟特性没有进行任何考虑。由于开关元件和电线在热特性(发热特性及散热特性)上不同，因此即使根据只基于电线的冒烟特性而确定的允许温度来切换开关元件的接通/断开，在流动有较大的电流的情况下，也有可能无法保护开关元件。

图4是表示电线4及开关元件11的冒烟特性的坐标图。图4所示的坐标图的横轴表示通电时间(sec)，纵轴表示在电线4中流动的电流的电流值(A)。图4中细实线所示的曲线表示在电线4中流动的电流的电流值与到电线4冒烟为止的通电时间之间的关系(电线4的冒烟特性)。另一方面，图4中粗实线所示的曲线表示在电线4中流动的电流的电流值与到开关元件11冒烟为止的通电时间之间的关系(开关元件11的冒烟特性)。

根据图4所示的坐标图可知，在电线4中流动的电流较大的情况(比与两个冒烟特性的交点对应的电流值I₀大的情况)下，开关元件11与电线4相比会在更短时间内冒烟。因此，即使根据只基于电线4的冒烟特性而确定的允许温度来切换开关元件11的接通/断开，在流动有比I₀大的电流的情况下，也有可能是开关元件11先冒烟或起火，有可能无法保护开关元件11。

因此，在本实施方式中，考虑电线4的冒烟特性及开关元件11的冒烟特性的双方来确定电线4的允许温度(阈值)。

图5是对本实施方式中的允许温度的设定方法进行说明的说明图。在电线4中流动有电流值I₂(I₂>I₀)的电流的情况下，在电线4中，以t₂₁的通电时间进行冒烟，在开关元件中，以t₂₂的通电时间进行冒烟。此时，在比t₂₁及t₂₂短的t₂₀的通电时间下，电线4及开关元件11的双方都不冒烟，因此能够将对应的温度设定为电线4的允许温度。

在本实施方式中，如图5的虚线所示，设想具有满足开关元件11及电线4的双方的冒烟特性那样的冒烟特性的假想电线。具体而言，设想具有比实际的供电所使用的电线4的散热时间常数τ小的散热时间常数τ-Δτ(Δτ是正的常数)的假想电线，以满足该假想电线的冒烟特性的方式设定允许温度。即，如此设定的允许温度表示通过将电线4的温度运算中的散热时间常数τ变更为小的值(τ-Δτ)而推定的开关元件11的冒烟温度。

散热时间常数为τ-Δτ的假想电线的电线温度例如使用相对于基准温度的温度差而通过

ΔT＝ΔTp×exp(-Δt/(τ-Δτ))+I²×R×r×{1-exp(-Δt/(τ-Δτ))}…(式2)

来推定。

因此，能够将电流值I₂及通电时间t₂₀代入式2来设定允许温度。对于流动有具有比电流值I₂大(或小)的电流值的电流的情况下的允许温度也是同样，通过使用式2求出与图5的虚线所示的曲线对应的假想电线的温度，能够计算出相对于各电流值的允许温度。

计算出的允许温度的数据作为相对于控制部141所推定的电线4的电线温度的阈值而被存储于存储部142。控制部141将基于在电线4中流动的电流的电流值而推定出的电线温度与存储于存储部142的允许温度进行比较，在推定出的电线温度为允许温度以上的情况下，通过输出部144向控制电路15输出用于使供电停止的控制信号。另外，在推定出的电线温度小于允许温度的情况下，控制部141通过输出部144向控制电路15输出指示供电的控制信号。

其结果是，在本实施方式的供电控制装置1中，在电线4中流动的电流的电流值为图5所示的I₂(>I₀)的情况下，能够以通电时间达到t₂₂之前的t₂₀的通电时间断开开关元件11，因此能够预先防止开关元件11的冒烟或起火。另外，在电线4中流动的电流的电流值为图5所示的I₃(<I₀)的情况下，能够以通电时间达到t₃₁之前的t₃₀的通电时间断开开关元件11，因此能够预先防止电线4的冒烟或起火。

以下，对控制部141所执行的处理的步骤进行说明。

图6是对控制部141所执行的处理的步骤进行说明的流程图。控制部141参照内置计时器来判断当前是否是采样时间(步骤S1)。在不是采样时间的情况下(S1：否)，控制部141进行待机，直到成为采样时间为止。

在判断为当前是采样时间的情况下(S1：是)，控制部141基于通过输入部143输入的来自电流检测电路12的输出信号，取得流过电线4的电流的电流值(步骤S2)。

接着，控制部141将采样时间及流过电线4的电流的电流值代入式1，从而推定电线温度(步骤S3)。

控制部141将以满足电线4的冒烟特性及开关元件11的冒烟特性的双方的方式确定的允许温度与在步骤S3中推定出的电线温度进行比较，判断电线温度是否是允许温度以上(步骤S4)。

在判定为推定出的电线温度小于允许温度的情况下(S4：否)，控制部141通过输出部144向控制电路15输出接通开关元件11的控制信号，将开关元件11维持为接通(步骤S5)。在将开关元件11维持为接通的情况下，从电源2向负载3的供电被维持。在输出了接通开关元件11的控制信号之后，控制部141使处理返回步骤S1。

另一方面，在判定为推定出的电线温度为允许温度以上的情况下(S4：是)，控制部141为了切断来自电源2的供电而通过输出部144向控制电路15输出断开开关元件11的控制信号(步骤S6)。此时，控制电路15将开关元件11切换成断开，因此从电源2向负载3的供电被切断。在输出了断开开关元件11的控制信号的情况下，控制部141结束基于本流程图的处理。

如以上那样，在本实施方式中，由于将以满足电线4的冒烟特性及开关元件11的冒烟特性的双方的方式确定的允许温度与基于在电线4中流动的电流的电流值而推定出的电线温度进行比较，在电线温度为允许温度以上的情况下断开开关元件11而切断从电源2向负载3的供电，因此即使在电线4中流动有较大的电流的情况下，也能够预先防止开关元件11的冒烟及起火，并且，即使在电线4中长时间流动有较小的电流的情况下，也能够预先防止电线4的冒烟及起火。

应当认为，本次公开的实施方式在所有方面都是例示，而非限制性的内容。本发明的范围不是上述的含义，而是通过权利要求书来表示，意在包含与权利要求等同的含义及范围内的全部变更。标号说明

1 供电控制装置

2 电源

3 负载

4 电线

11 开关元件

12 电流检测电路

13 电阻

14 微机

15 控制电路

141 控制部

142 存储部

143 输入部

144 输出部

Claims (3)

1.一种供电控制装置，具备：

开关元件，设置在连接电源与负载的电线的中途；

电流检测部，检测在所述电线中流动的电流的电流值；

温度推定部，基于该电流检测部检测出的电流值来推定所述电线的电线温度；以及

控制部，基于由该温度推定部推定出的电线温度来控制所述开关元件的接通或断开，

所述供电控制装置的特征在于，

所述控制部通过将所述电线的温度运算中的散热时间常数变更为小的值来推定所述开关元件的冒烟温度，在所述电线温度为推定出的所述开关元件的冒烟温度以上的情况下，将所述开关元件控制成断开。

2.根据权利要求1所述的供电控制装置，其特征在于，

所述温度推定部基于所述电线的热阻、导体电阻、散热时间常数及电流值来推定所述电线的电线温度。

3.根据权利要求1或2所述的供电控制装置，其特征在于，

所述冒烟温度是根据假想电线的冒烟特性而推定的温度，所述假想电线具有比所述电线的散热时间常数小的散热时间常数，且满足所述开关元件的冒烟特性。