JP2001103652A - 短絡検出器 - Google Patents

短絡検出器

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JP2001103652A
JP2001103652A JP28103899A JP28103899A JP2001103652A JP 2001103652 A JP2001103652 A JP 2001103652A JP 28103899 A JP28103899 A JP 28103899A JP 28103899 A JP28103899 A JP 28103899A JP 2001103652 A JP2001103652 A JP 2001103652A
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JP28103899A
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興治 ▲崎▼山
Koji Sakiyama
Kiyotsugu Oba
清嗣 大庭
Takaaki Katsumata
孝明 勝亦
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線とボディが接触したことを検出する自動
車用短絡検出器を提供する。 【解決手段】 自動車用バッテリ(20)の正側および
負側からそれぞれ引き出された電源線(40)およびア
ース線(60)の間に複数の補機(50)を並列に接続
し、前記バッテリの負側および前記アース線を共にボデ
ィ(10)とは電気的に隔離してなる自動車用配線シス
テムの短絡検出器(100)である。分圧抵抗(R,
R)は前記ボディの電位を前記バッテリの電圧の中間値
に設定する。MPU(130)は前記ボディの電位を所
定の基準値と比較し、前記電源線またはアース線と前記
ボディとの接触を判定し、ランプ(L1,L2)を使用
して警報を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車両用
配線システムにおいて、安全性を向上させるために、配
線とボディが接触したことを検出する短絡検出器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車のアース回路はボディでア
ースをとる構成(以下、ボディアース型と呼ぶ)になっ
ているため、例えば電源線とボディが接触すると短絡回
路が形成されて過電流が流れ、車両火災が発生する危険
性がある。これを回避するために、従来より電流センサ
で短絡電流を検出し、回路を遮断する種々のシステムが
提案されている。
【0003】図9は従来の短絡電流検出器の一例を示す
回路図である。バッテリ20の負側は、ボディ10に接
続されボディアースを形成している。バッテリ20の正
側は、短絡検出器30を経由して電源線40に接続され
ている。電源線40は、直接スタータに、またはメイン
ヒューズMFおよび個別のオートヒューズAFを介して
各補機(負荷)に接続されている。この場合、各補機の
アースもボディ10に落とされている。
【0004】短絡検出器30は、遮断器31と短絡電流
検出部32とを直列に接続して構成されている。短絡電
流検出部32は、電流センサと制御部とを有し、電源線
40がボディ10に接触して過電流が流れたとき、これ
を電流センサで検出し、制御部が遮断器31をオフにす
る。このことで、バッテリ20から電源線40に流れる
過電流は遮断される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したボディアース
型には次の問題点がある。 (a)大電流型の遮断器31を必要とするので、高価に
なる。 (b)電源線40とボディ10が抵抗性の接触(抵抗性
短絡)をした場合、通常の負荷電流と区別がつきにく
い。このため、これを検出するには複雑なアルゴリズム
が必要となり、制御部32が高価になる。 (c)一度短絡が起こると、回路を大元から遮断するの
で、他の電子機器が全く機能しなくなる。
【0006】本発明は、上述した点に鑑みなされたもの
で、大きな短絡電流が流れる前に配線とボディが接触し
たことを事前検出可能な車両用短絡検出器を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、バッテリの正
側および負側からそれぞれ引き出された電源線およびア
ース線の間に複数の補機を並列に接続してなる配線シス
テムに生じた短絡を検出する短絡検出器において、前記
バッテリの電源電圧を分圧して前記バッテリの正側電位
及び負側電位の中間電位を生成しこれをボディの電位と
して与えるボディ電位設定手段と、前記ボディの電位を
監視して前記ボディと前記電源線またはアース線との接
触を検出する接触検出手段とを備えてなることを特徴と
する。
【0008】即ち、バッテリの電源電圧を分圧してその
中間電位を生成し、この中間電位を車両のボディに与え
ておくことにより、ボディと電源線又はアース線とが接
触すると、ボディの電位が中間電位から変動するので、
この電位変動を検出することによりボディの電源線又は
アース線に対する接触を検出することができる。本発明
によれば、電源電圧を分圧することにより中間電位を得
て、これをボディに与えるようにしているので、ボディ
が電源線又はアース線と接触した場合でも、必ず分圧回
路を介して電流が流れ、過大な短絡電流が流れることは
ない。このため、大電流型の遮断器が不要である。ま
た、本発明によれば、ボディと電源線又はアース線との
間の抵抗性の接触についても、ボディの電位に影響を与
えるので、これを容易に検出することができる。
【0009】なお、前記ボディ電位設定手段は、例えば
前記バッテリの正側と前記ボディとの間に接続された第
1の抵抗素子と、前記バッテリの負側と前記ボディとの
間に接続された第2の抵抗素子とからなるものである。
これら抵抗素子の抵抗値を高くとることにより、短絡電
流を微小値に抑えることができ、安全な状態のまま修理
することができる。
【0010】前記接触検出手段は、例えば前記ボディの
電位を前記バッテリの中間電位よりも大きい第1の基準
電位と比較する第1の比較手段と、前記ボディの電位を
前記バッテリの中間電位よりも小さい第2の基準電位と
比較する第2の比較手段と、前記ボディの電位が前記第
1の基準電位よりも大きいときには前記ボディと前記電
源線との短絡が発生したと判定し、前記ボディの電位が
前記第2の基準電位よりも小さいときには前記ボディと
前記アース線との短絡が発生したと判定する接触判定手
段とを有するものである。また、前記接触検出手段は、
前記ボディと前記電源線またはアース線との接触を検出
したら警報を発生する警報発生手段を更に備えたもので
もよい。更に、複数系統の前記電源線からの各種電源信
号を取り込んで、前記ボディと接触した電源線を特定す
ることを特徴とする前記短絡検出器に各種電源信号を取
り込むことにより、前記ボディと接触した電源系統を特
定することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の好ましい実施の態様について説明する。まず、本発明
を説明するに際し、本出願人による先願未公知技術であ
るボディアース廃止型のハーネス構造を説明する。この
ハーネス構造は、図10に示すように、各補機50のア
ースをボディ10に落とさずに、電線(アース線)60
でバッテリ20の負側(これもボディ10からフローテ
ィング状態に維持されている)へ戻す構成としたもので
ある(特願平10−305908号)。このアース回路
には、電源線40とボディ10が接触しても短絡回路を
形成しないという特徴があり、短絡の一要素であるボデ
ィアース自体を廃止したものとして注目される。
【0012】図11は、このようなボディアース廃止型
のハーネス構造の短絡過程を説明するための図である。
同図(A),(B)のように、ワイヤハーネス70とボ
ディ(鉄板)10の接触部80において、エンジンの振
動や走行時の振動で電線被覆の損傷が進行すると、同図
(C)のように、まず電源線40又はアース線60の電
線被覆が破れて、ボディ10と電源線40又はアース線
60とが接触する。更に、電線被覆の損傷が進行する
と、同図(D)に示すように、電源線40とアース線6
0の双方がボディ10と接触して短絡回路を形成し、大
きな短絡電流が流れる。このようなケースは、特にエン
ドユーザがオーディオやランプなどを後付け(改造)し
た場合に発生しやすい。なお、ワイヤハーネス70は、
電源線40とアース線60のみならず、他の必要な配線
も含んでいる。そこで、同図(C)に示す状態、即ちボ
ディ10と電源線40又はアース線60とが接触した状
態でこれを検知することができれば、同図(D)のよう
な短絡回路を形成する前に、事前の処置が可能になる。
これを実現するのが本発明である。
【0013】図1は、本発明の一実施態様に係る車両用
短絡検出器を適用した自動車用配線システムの構成を示
す回路図である。バッテリ20の正側は電源線40に接
続され、負側はアース線60に接続されている。電源線
40は、図示しないスタータ等に直接接続されるほか、
メインヒューズMFおよび個別のオートヒューズAFを
介して各補機(負荷)50に接続されている。各補機5
0の負側はアース線60を介してバッテリ20の負側に
接続されている。
【0014】本発明では、ボディアース廃止型のハーネ
ス構成をベースとし、ボディ10の電位を抵抗分圧でバ
ッテリ20の電源電圧の中間値としている。即ち、本実
施例に係る短絡検出器100は、ボディ電位設定部10
5と接触検出部110とを含む。ボディ電位設定部10
5は、バッテリ20の正側と負側に接続された抵抗分圧
回路から構成される。バッテリ20を分圧した電圧がボ
ディ10に印加される。バッテリ電圧分圧用抵抗R、R
の値を等しくすると、バッテリ電圧V(V)に対し、ボ
ディ電圧はV/2(V)となる。この値は抵抗分圧によ
って任意に設定できる。接触検出部110によって、こ
のボディ電位を常時監視することで、ボディ10と電源
線40又はアース線60との接続を検出する。
【0015】短絡検出器100の原理を図2および3に
示す。図2(A)は電源線40とボディ10が接触した
場合の等価回路図である。この場合は、図2(B)に示
すように、通常のボディ電位V/2(V)が接触によっ
てV(V)に変化(上昇)する。また、振動などでチャ
タリングを伴う接触をした場合は、図2(C)に示すよ
うに、ボディ電位がV/2(V)とV(V)で断続的に
変化する。
【0016】一方、図3(A)の回路図に示すように、
アース線60がボディ10と接触した場合は、図3
(B)に示すように、通常のボディ電位V/2(V)が
接触によって0(V)に変化(低下)する。また、振動
などでチャタリングを伴う接触をした場合は、図3
(C)に示すように、ボディ電位がV/2(V)と0
(V)間で断続的に変化する。
【0017】このように、分圧されたボディ電位を常時
監視することによって、電源線40とアース線60のボ
ディ接触をそれぞれ検出できる。このため、どちらか一
方がボディ10に接触した時点で警報を出すことによ
り、図11(D)に示した短絡回路を形成する前に、運
転者にワイヤハーネスの修理を促すことができる。ま
た、ボディ10と接触しても分圧回路の抵抗R,Rの抵
抗値がある程度の大きさであれば、短絡電流は微少であ
るので、安全な状態のまま修理することができる。警報
の出し方は音によるものでも、コンビネーション・メー
タでのランプ表示でもよい。
【0018】図4は短絡検出器100の内部回路の一例
を示す回路図である。本例の検出器100の接触検出器
110は、A/D変換器120とMPU(マイクロプロ
セッサ)130を使用して構成したものである。A/D
変換器120はボディ10のアナログ電位をデジタル値
に変換する。MPU130はA/D変換器120の出力
値に基づいて短絡検出をする。電源回路140は、バッ
テリ20からの電源をA/D変換器120およびMPU
130用に調整および安定化するために使用される。
【0019】警報はコンビネーション・メータ200内
の2つのランプL1,L2で表示する。一方のランプL
1は電源線40とボディ10が接触した時に点灯する。
他方のランプL2はアース線60とボディ10が接触し
た時に点灯する。警報を出すしきい値(基準電圧)は、
例えばバッテリ電圧を12Vとした場合、上側を9V
に、また下側を3Vに設定しておく。MPU130の出
力に接続されたトランジスタQ1はランプL1駆動用の
ドライバであり、またトランジスタQ2はランプL2駆
動用のドライバである。
【0020】図5は、図4に示した短絡検出器100内
のMPU130の動作を示すフローチャートである。ス
テップS1でスタートし、次のステップS2でイニシャ
ライズした後は、ステップS3でA/D変換器120の
出力ADCを取り込む。そしてADC値を、ステップS
4で電源線短絡検出しきい値9Vと、またステップS5
でアース線短絡検出しきい値3Vと比較する。ステップ
S4でADC≧9Vと判定されたら、電源線短絡事故で
あるので、ステップS6でランプL1を点灯する。一
方、ステップS5でADC≦3Vと判定されたら、アー
ス線短絡事故であるので、ステップS7でランプL2を
点灯する。いずれにも該当することのない期間、即ち9
V>ADC>3Vの場合は正常であるので、ランプL
1,L2を消灯したままにする(ステップS8)。以
下、ステップS3以降の処理を繰り返す。
【0021】図6は短絡検出器100の他の内部回路例
である。本例の短絡検出器100の接触検出器110は
コンパレータ151,152とゲート161,162,
163,164を使用して構成したものである。コンパ
レータ151のしきい値は、抵抗R1,R2,R3によ
って9Vに設定されている。コンパレータ152のしき
い値は、抵抗R1,R2,R3によって3Vに設定され
ている。コンパレータ151,152の比較入力はいず
れもボディ電位である。アンドゲート161の2入力
は、コンパレータ151,152の出力(A)および
(B)である。アンドゲート162の2入力は、コンパ
レータ151,152の出力(A)および(B)をイン
バータ163,164でそれぞれ反転したものである。
従って、コンパレータ151,152の出力(A)、
(B)とゲート161,162の出力(C)、(D)と
ランプL1、L2の関係は表1のようになる。
【0022】
【表1】
【0023】本発明の短絡検出器100は内部回路が単
純で小型であるため、ワイヤハーネス70に予め組み付
けておくか(オン・ザ・ハーネス化)、またはコンビネ
ーション・メータ内に内蔵してもよい。あるいはJ/B
(ジャンクション・ブロック)に組み込んでもよい。図
7は、短絡検出器100をテープ巻き170でワイヤハ
ーネス70に予め組み付けてオン・ザ・ハーネス化した
例を示す斜視図である。即ち、同図(A),(B)に示
すようにワイヤハーネス70の電源線40とアース線6
0とを分岐して短絡検出器100に導き、短絡検出器1
00から導かれる自動車のボディ10への接続線をワイ
ヤハーネス70から分岐させてボディ10に接続する。
【0024】また、図8に示すように、短絡検出器10
0にAcc、IGN、ヘッドランプリレーなどの各種電
源線のオンオフ信号を取り込むことで、ボディ10と接
触した電源系統を特定することが可能である。例えば、
キースイッチをIGN(イグニッション)に回した時
に、ボディ電位が図2(B)のようになればIGN電源
系統がボディ10と接触していることがわかる。このよ
うに、この実施例によれば、接触した電源系統を特定す
ることができる。この例のように各種電源信号を取り込
む場合、配線の増加という観点からすると、短絡検出器
100はJ/B内に収容する事が望ましい。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電源
線とアース線の双方がボディと接触する前に、どちらか
一方が接触したことを検出することができ、これにより
未然に大きな短絡電流が流れるのを回避することがで
き、短絡電流による車両火災を防止できる。なお、本発
明は、自動車に限らず、産業機器、例えば金属筐体の直
流電源、測定器にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本構成を示す等価回路図である。
【図2】 電源線とボディとの短絡の説明図である。
【図3】 アース線とボディとの短絡の説明図である。
【図4】 本発明の一実施形態を示す回路図である。
【図5】 図4の動作を示すフローチャートである。
【図6】 本発明の他の実施形態を示す回路図である。
【図7】 オン・ザ・ハーネス化した短絡検出器の斜視
図である。
【図8】 本発明の異なる実施形態を示すブロック図で
ある。
【図9】 従来のボディアース型配線システムを示す等
価回路図である。
【図10】 新規なボディアース排除型配線システムを
示す等価回路図である。
【図11】 ボディと電源線及びアース線との短絡進行
の様子を説明するための図である。
【符号の説明】
10…ボディ、20…バッテリ、40…電源線、50…
補機、60…アース線、70…ワイヤハーネス、100
…短絡検出器、105…ボディ電位設定部、110…短
絡検出部、120…A/D変換器、130…MPU、1
40…電源回路、151,152…コンパレータ、16
1,162…ゲート、163,164…インバータ、2
00…コンビネーション・メータ、L1,L2…ラン
プ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝亦 孝明 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Fターム(参考) 5G003 AA07 BA01 EA02 FA04 FA06 GC05 5G004 AA04 AB02 BA01 BA03 CA01 DC04 DC07 DC14 FA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バッテリの正側および負側からそれぞれ
    引き出された電源線およびアース線の間に複数の補機を
    並列に接続してなる配線システムに生じた短絡を検出す
    る短絡検出器において、 前記バッテリの電源電圧を分圧して前記バッテリの正側
    電位及び負側電位の中間電位を生成しこれをボディの電
    位として与えるボディ電位設定手段と、 前記ボディの電位を監視して前記ボディと前記電源線ま
    たはアース線との接触を検出する接触検出手段とを備え
    てなることを特徴とする短絡検出器。
  2. 【請求項2】 前記ボディ電位設定手段は、 前記バッテリの正側と前記ボディとの間に接続された第
    1の抵抗素子と、 前記バッテリの負側と前記ボディとの間に接続された第
    2の抵抗素子とからなるものであることを特徴とする請
    求項1記載の短絡検出器。
  3. 【請求項3】 前記接触検出手段は、 前記ボディの電位を前記バッテリの中間電位よりも大き
    い第1の基準電位と比較する第1の比較手段と、 前記ボディの電位を前記バッテリの中間電位よりも小さ
    い第2の基準電位と比較する第2の比較手段と、 前記ボディの電位が前記第1の基準電位よりも大きいと
    きには前記ボディと前記電源線との短絡が発生したと判
    定し、前記ボディの電位が前記第2の基準電位よりも小
    さいときには前記ボディと前記アース線との短絡が発生
    したと判定する接触判定手段とを有することを特徴とす
    る請求項1記載の短絡検出器。
  4. 【請求項4】 前記接触検出手段が、前記ボディと前記
    電源線またはアース線との接触を検出したら警報を発生
    する警報発生手段を更に備えたことを特徴とする請求項
    1記載の短絡検出器。
  5. 【請求項5】 複数系統の前記電源線からの各種電源信
    号を取り込んで、前記ボディと接触した電源線を特定す
    ることを特徴とする請求項1記載の短絡検出器。
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