JP2002084654A - レアショート判断装置及びレアショート判断方法 - Google Patents
レアショート判断装置及びレアショート判断方法Info
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Abstract
流から確実に保護できるレアショート判断装置及びレア
ショート判断方法を提供する。 【解決手段】レアショート判断機能付きヒューズ素子F
の制御部Hは、電流の大きさに応じた検出信号、検出信
号のオン時間、オフ時間に関係する熱量の累積値を、所
定経過時間毎に算出し、その算出結果に基づいて、電線
を発煙させない程度の異常か否かを判断する。
Description
の電気回路に流れる異常電流を検出するレアショート判
断装置及びレアショート判断方法に関するものである。
に装着される一般的なヒューズとしては、米国特許第4
023264号明細書にて開示された形態のブレード型
ヒューズがある。前記従来のブレード型ヒューズは自動
車の電気系統中に多数使用されているが、多くの場合ス
ローブロー特性(瞬間的な過電流によってはヒューズの
溶断は起こらず、過電流が一定時間継続した場合、すな
わち、過電流が継続すると火災等の危険性のある場合に
溶断して危険を未然に防止する機能)を備えている。
方法として特願平11−215533号を出願し、その
中で、検出信号にかかる電流が所定電流閾値を越した異
常な電流値、所定電流閾値を越した異常な電流値が流れ
ている時間、オンデューティー比、又は所定電流閾値を
越した通過回数の4つの特性値を少なくともいずれか1
つの特性値に基づいてレアショートを判断することを提
案している。
7−131925号にレアショートを判断する方法が提
案されている。
は、通電電流により、溶断部が発熱し、融点に達するこ
とにより溶解し、回路を遮断するメカニズムであるた
め、連続的に大電流が流れるデッドショート時にはヒュ
ーズが溶断するが、短時間の断続的なレアショート領域
ではヒューズが溶断しないことがある。
ョート領域の電流が流れて、自動車回路の電線が発煙、
発火し、車両火災の原因になっている。従って、レアシ
ョート領域において、確実にレアショートを判断できる
レアショート判断装置の出現が望まれていた。
1231号、特開平7−131925号での判断方法
は、電流値だけに着目しており、レアショートでの電線
の発煙現象を十分にとらえた判断ではない。
の程度に関係なくショート現象が起きた場合を異常とす
る方法であり、電線のダメージに関係なく回路を遮断し
てしまう。
たりの過電流の積算値で異常レベルを判断する方法であ
り、レアショート現象を十分にとらえられていない。
又、単位時間の設定の仕方によっては、異常判断が遅く
なったり、短すぎるとランプ負荷で見られる正常な現象
であるラッシュ電流値を異常と判断することもある。
5533号もレアショート現象をとらえようとしている
が十分でない。本発明者は、長年にわたる試験結果の蓄
積により、デッドショート、レアショートの電線の発煙
特性を把握することができた。又、この発煙特性を理論
的に解析し、経過時間毎に随時計算して判断できる式と
して式化することができた。この近似式を使用すること
により、電源のショート条件に対応する発煙特性に合わ
せて、ショートである判断を可能にした。
レアショートの異常電流から確実に保護できるレアショ
ート判断装置及びレアショート判断方法を提供すること
にある。
めに請求項1の発明では、自動車用電気回路に流れる検
出対象の電流に応じた検出信号を入力し、同検出信号に
基づいて、前記電流が自動車用電気回路に設けられた電
線を発煙させない程度の異常か否かを判断する判断手段
を備えたレアショート判断装置であって、前記判断手段
は、電流の大きさに応じた検出信号、検出信号のオン時
間、オフ時間に関係するパラメータの累積値を、所定経
過時間毎に算出し、その算出結果に基づいて、電線を発
煙させない程度の異常か否かを判断することを特徴とす
るレアショート判断装置を要旨とするものである。
ラメータは熱量であり、判断手段は、検出信号のオン時
間中に生ずるジュール熱量、及びアーク熱量、オフ時間
中の放熱量の加減算を所定経過時間毎に行い、その算出
結果に基づいて電線を発煙させない程度の異常か否かを
判断することを特徴とするものである。
れる検出対象の電流に関する検出信号に基づいて、前記
電流が自動車用電気回路に設けられた電線を発煙させな
い程度の異常か否かを判断するレアショート判断方法に
おいて、前記異常判断は、電流の大きさに応じた検出信
号、検出信号のオン時間、オフ時間に関係するパラメー
タの累積値を、所定経過時間毎に算出し、その算出結果
に基づいて、電線を発煙させない程度の異常か否かを判
断することを特徴とするレアショート判断方法を要旨と
するものである。
ラメータは熱量であり、異常判断は、検出信号のオン時
間中に生ずるジュール熱量、及びアーク熱量、オフ時間
中の放熱量の加減算を所定経過時間毎に行い、その算出
結果に基づいて電線を発煙させない程度の異常か否かを
判断するものであることを要旨とするものである。
よって、入力した検出信号がレアショートの異常電流で
あるか否かが判断される。このレアショート判断を、判
断手段は、電流の大きさに応じた検出信号、検出信号の
オン時間、オフ時間に関係するパラメータの累積値を、
所定経過時間毎に算出し、その算出結果に基づいて、電
線を発煙させない程度の異常か否かを判断する。
号のオン時間中に生ずるジュール熱量、及びアーク熱
量、オフ時間中の放熱量の加減算を所定経過時間毎に行
い、その算出結果に基づいて電線を発煙させない程度の
異常か否かを判断する。
回路に設けられた電線を発煙させない程度の異常か否か
を判断するに当たって、電流の大きさに応じた検出信
号、検出信号のオン時間、オフ時間に関係するパラメー
タの累積値を、所定経過時間毎に算出し、その算出結果
に基づいて、電線を発煙させない程度の異常か否かを判
断する。
することにより、検出信号のオン時間中に生ずるジュー
ル熱量、及びアーク熱量、オフ時間中の放熱量の加減算
を所定経過時間毎に行い、その算出結果に基づいて電線
を発煙させない程度の異常か否かを判断する。
装置を、レアショート判断機能付きヒューズ素子Fに具
体化した一実施形態を図1乃至図4を参照して説明す
る。
ズ素子(以下、ヒューズ素子という)Fの一例の正断面
図、図2(B)は側断面図を示している。同図に示すよ
うに、ヒューズ素子Fのハウジング100は、耐熱・絶
縁性の合成樹脂等から形成された、2つ割り状のハウジ
ングケース100a,100bからなる。両ハウジング
ケース100a,100bの対向する内面には、互いに
離間された一対の導電端子102a,102b、及び薄
肉状のオス端子104,105及び後記する制御部Hが
配置されるとともに、両ハウジングケース100a,1
00bにてガタつくことなく、挟持されている。
一方向に沿ってハウジング100から下方に延出されて
いる。又、両導電端子102a,102b間に配置され
たオス端子104,105,及びSW信号入力用オス端
子106は下方に延出されている。前両導電端子102
a,102bの内端間には、ヒューズの通電容量に応じ
た薄肉状の溶断部2が一体に連結されている。
電端子102a,102bの内端側に設けられた接続片
2a,2bに電気的に接続されている。又、制御部Hの
スイッチ入力端子6aはSW信号入力用オス端子106
と、第1出力端子6bは遮断信号用オス端子104と、
第2出力端子(アース端子)6cはアース用オス端子1
05と接続されている。又、制御部Hの電源入力端子6
fは前記接続片2aに接続されている。
路に設けられた端子台(図示しない)に装着され、ヒュ
ーズ素子Fに流れる電流に対して、接続片2a,2b及
び入力端子6d,6eを介して信号(電圧)が制御部H
に対して常に入力(印加)されている。
及び抵抗素子を構成しており、以下、溶断部2を、電流
センサ2という。電流センサ2は、所定のインピーダン
スZを有している。
アショート機能付きヒューズ素子Fを接続した電気回路
図である。SW信号入力用オス端子106に、対象負荷
のスイッチ(以下、単にスイッチという)15が接続さ
れている。スイッチ15がオフの状態にあるとき、制御
部Hにはスイッチオフ信号が入力される。又、スイッチ
15がオン作動されると、制御部Hにはスイッチオン信
号が入力される。
構成しているバッテリBと接地線間にはヒューズ素子
F、継電器としてのパワーMOSFET(以下、単にF
ETという)4、負荷5が設けられている。なお、負荷
5は、例えば、図示しないヘッドランプ、ラジオ等から
なる。
御部Hについて説明する。制御部Hは、マイクロコンピ
ュータ(以下、マイコンという)から構成されている。
電流センサ2の両端子は制御部Hの入力端子6d及び入
力端子6eに接続されている。ここで、負荷5及び電流
センサ2に電流値LLを有する電流(検出電流)が流れ
ると、電流センサ2の両端には「インピーダンスZ×検
出電流の電流値LL」の値を有する電位差(E1−E
2)が生じる。従って、検出信号としての電圧Vと検出
電流の電流値LLとは比例関係にあるため、電圧Vを知
ることで検出電流の電流値LLを知ることができる。
電圧Vの代わりに検出電流の電流値LLを使用すること
がある。制御部Hは、図示しないCPU(中央処理装
置)、及びROM、RAMを備えており、ROMに格納
したレアショート異常電流保護制御プログラムにて、レ
アーショート判定を行う。制御部Hの第1出力端子6b
は遮断信号用オス端子104を介してFET4のゲート
Gに接続されている。FET4は制御部HからFETオ
ン信号を入力すると、ドレインD・ソースS間がオン作
動され、その結果、負荷5に検出電流が流れる。又、制
御部HからFETオフ信号を入力すると、FET4はド
レインD・ソースS間がオフの状態となり、その結果、
負荷5への通電を遮断する。
が構成されている。又、FET4によりスイッチング手
段及び継電器が構成されている。さて、上記のように構
成されたヒューズ素子Fの作用を説明する。図3は制御
部HのCPUにより実行される前記レアショート異常電
流保護制御プログラムに基づいた処理動作を示すフロー
チャート図である。
電線が発煙に至るような異常電流が流れているか否かを
判断し、電線が発煙に至るような異常電流が流れていな
いと判断すると負荷5への通電を許容するとともに、電
線が発煙に至るような異常電流が流れていると判断する
と負荷5への通電を遮断するためのものである。
制御部Hにスイッチオン信号が入力された際に、制御部
HにおけるCPUの初期化が行われた後に起動される。
なお、この、初期化後に、CPUはFETオン信号をF
ET4のゲートGを入力し、FET4をオン作動する。
以後、ランプ負荷で見られる正常な現象であるラッシュ
電流が起きる時間より非常に短い時間(所定時間)間
隔、例えば、0.1msec間隔で本制御ルーチンは割
り込み実行処理される。
においては、検出電流の電流値LLを読込み、S2にお
いて過電流(レアショート電流)が通過したか否かを検
出する。この過電流の通過の判定は、予め定めた所定閾
値以上の電流値LLが通過したか否かを判定する。S1
において、所定閾値以上の電流値LLが通過していな
い、すなわち、「ノー」と判定した場合には、S9に移
行する。
が通過した場合には、過電流通過があったと判定し、す
なわち、「イエス」と判定し、S3に移行する。S3に
おいては、過電流検出フラグFが0にリセットされてい
るか否かを判定する。過電流検出フラグFは、今回の過
電流検出が、既に検出されたものか否かを判定するため
のものであり、過電流検出フラグFが0にリセットされ
ている場合には、今回の過電流検出が最初に検出したこ
とを意味している。S3において、過電流検出フラグF
がリセットされている場合には、最初にこの過電流検出
を行ったものとして、過電流検出フラグFを1にセット
し(S4)、オン時間を検出した(S5)後、S6に移
行する。又、S3において、過電流検出フラグFが1に
セットされている場合には、最初の検出ではないとして
S5にジャンプする。
は過電流検出フラグFが1にセットされているか否かを
判定する。過電流検出フラグFが1にセットされている
場合には、前回制御ルーチン時には過電流検出がされて
おり、今回は過電流検出がされなかったものとしてS1
0に移行する。S10では過電流検出フラグFを0にリ
セットし、アーク熱量をROMから読込み、S6に移行
する。
0にリセットされている場合には、前回制御ルーチン時
には過電流検出が行われていないものとして、S12に
移行し、オフ時間を検出して放熱量算出を行い、算出し
た後、S6に移行する。
行う。この総和熱量Nの演算について説明する。総和熱
量演算は、前回の制御ルーチンにて算出した前回累積値
に対して、ジュール熱量、アーク熱量、又は放熱量を加
減算するものである。
(J,A,L)で表される。Jはジュール熱量、Aはア
ーク熱量、Lは放熱量を示す。 F(J,A,L)=前回累積値+(J+A−L) である。
のオン時間と、検出した過電流の大きさ(検出信号値の
大きさ、すなわち、電圧Vの大きさ)に関係する。本実
施形態では、オン時間と検出信号値の大きさにより生ず
るジュール熱量は、予め測定されてマップとして予めR
OMに記憶されており、オン時間と過電流の大きさが検
出された時点で、前記マップを読み込んで今回検出した
過電流通過によるジュール熱量JをS5において割り出
す(算出する)。
は、この制御ルーチンが実行される毎に、S5からS6
に移行して、S6において過電流の大きさから割り出さ
れたジュール熱量Jが加算されることになる。
放熱量Lはともに0として、 F(J,A,L)=前回累積値+J の演算が行われる。
て、通過を終了した際に発生したアークの熱量をいう。
このアークは電線に他のものが振れた際に、電線と、触
れたその他のもの間に生ずるアークのことである。そし
て、アーク熱量Aは、自動車の回路に印加される電圧が
一定の場合に、アーク時間が極めて短時間であるため、
1回に生ずるアーク熱量Aは一定値として考えることが
できる。
テリBは通常12Vであるため、この12Vのときに、
発生するアーク熱量Aを一定とし、予め測定した値を所
定値として定義されている。
が行われなかった際には、アークが発生しているものと
して、S11からS6に移行すると、S6では、一定値
であるアーク熱量Aが加算される。
J、放熱量Lはともに0として、 F(J,A,L)=前回累積値+A の演算が行われる。
通過がない時間)の間に放熱される量のことであり、オ
フ時間に比例する量であって、単位時間(本実施形態で
は本制御ルーチンが割り込み処理される時間間隔)当た
りの放熱量Lは予め測定されて所定値として定義されて
いる。そして、オフ時間が継続している場合、この制御
ルーチンが実行される毎に、S12からS6に移行し
て、S6において前記放熱量Lが減算されることにな
る。
アーク熱量Aはともに0として、 F(J,A,L)=前回累積値−L の演算が行われる。
後の値(今回累積値(=F(J,A,L))を一旦RA
Mに格納する。この後、S7において、今回累積値(=
総和熱量N)が所定値Kを越えているか否かを判定す
る。なお、前記所定値Kは、これ以上の熱量が蓄積され
た場合には、電線が発煙を生ずるレアショート領域内に
達したことを判定するための値である。この値は、予め
試験等により測定して得られた値が選定されている。
ョート領域であるか否かを判定するのである。S7にお
いて、所定値K以下である場合に「ノー」と判定して、
このルーチンを一旦終了する。反対に、所定値Kを越え
る場合には「イエス」と判定して、S8において、制御
部HからFETオフ信号を出力し、この制御ルーチンを
終了する。一方、FET4はFETオフ信号により、ド
レインD・ソースS間がオフの状態となり、その結果、
負荷5への通電を遮断する。
体的な説明を図4のタイムチャートを参照して説明す
る。図4は過電流α,βがあった場合の例を示してい
る。同図において、t0〜t13は互いに一定時間間隔
を有した時間領域を表しており、この各時間領域t0〜
t13内において、図3の制御ルーチンが割り込み処理
されているものとする。
8〜t9の間において、それぞれ所定閾値以上を越した
過電流α,βの通過があったものとする。過電流αにお
いては、t1〜t5の間、過電流βにおいてはt8〜t
9の間は、制御ルーチンのS1〜S6の処理が行われる
ため、ジュール熱量Jが前回累積値にそれぞれ加算され
る。
過電流α,βは電流D1,D2が0に変化していること
から、アークが発生したものとして、制御ルーチンのS
2,S9〜S11,S6の処理が行われるため、アーク
熱量Aが前回累積値に加算される。 又、t6〜t7、
t10〜t14の間では、オフ時間となっており、この
時間領域では、放熱がされているものとして、制御ルー
チンのS2,S9,S12,S6の処理が繰り返され、
放熱量Lが減算される。
な効果を得ることができる。 (1) 本実施形態でのレアショート判断機能付きヒュ
ーズ素子Fでは、制御部H(判断手段)は、電流の大き
さに応じた検出信号、検出信号のオン時間、オフ時間に
関係する熱量(パラメータ)の累積値を、所定経過時間
毎に算出し、その算出結果に基づいて、電線を発煙させ
ない程度の異常か否かを判断するようにした。
(関数F(J,A,L))にて、その都度、そのときの
過電流通過に伴うジュール熱量J、アーク熱量A、放熱
量Lを、前回の過電流通過時の前回累積値に対して加減
算して、今回の過電流通過時の累積値を算出する。
に、電線の蓄熱量に合わせて電線が発煙に至るようなレ
アショートであるかどうかの判定ができ、負荷5への通
電を遮断することができる。
合、又は短時間当たりにおいて、過電流通過回数が多
く、実質的に過電流通過のオン時間が長くなる場合。こ
れらの場合には、ジュール熱の発生量が多くなる。
と、アーク熱量は、その過電流通過の回数に比例して多
くなる。
が生じた場合。 従って、このような場合には、電線が発煙に至るような
レアショートであるかどうかを電線の蓄熱量に合わせて
判定でき、負荷5への通電を遮断することができ、自動
車回路の負荷5等を保護できる。
に着目して説明したが、アークがないデッドショートに
も対応できる。又、本実施形態では、電流センサとして
ヒューズを使用したが、このシステムのどこかが正常に
動作しない場合でも、従来の信頼性を(デッドショート
による溶断特性)を確保できる。
応じた検出信号、検出信号のオン時間、オフ時間に関係
するパラメータを熱量とし、制御部Hは、検出信号のオ
ン時間中に生ずるジュール熱量、及びアーク熱量、オフ
時間中の放熱量の加減算を所定経過時間毎に行い、その
算出結果に基づいて電線を発煙させない程度の異常か否
かを判断するようにした。
熱量が電線に蓄積されることにより、発煙が生ずること
になるので、熱量をレアショートの判定に使用すること
は、総和熱量Nの把握がしやすくなり、レアショート領
域に達しているか否かの判定を確実に行うことができ
る。
検出手段、及び抵抗素子として構成し、溶断部2を、電
流センサ2としたヒューズ素子Fに組み込みした。こう
すると、制御部Hが取り込む検出信号は、ヒューズ素子
Fが備えている溶断部2の両端電圧を検出する構成とし
て、採用することができ、検出のための構成を複雑化す
ることがなく、簡単な構成とすることができる。
更してもよい。 (A) 前記実施形態では、電流センサ2としてヒュー
ズを用いたが、ヒューズの代わりに抵抗器やサーミスタ
等の他の抵抗素子を用いてもよい。このようにした場合
にも、前記実施形態における(1)に記載の効果が得ら
れる。
請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それ
らの効果とともに以下に記載する。 (1) 請求項1又は請求項2に記載のレアショート判
断装置において、判断手段をヒューズ素子に組み込みし
たことを特徴とするレアショート判断装置。
は、ヒューズ素子が備えているヒューズの両端電圧とし
て、採用することができ、検出のための構成を複雑化す
ることがなく、簡単な構成とすることができる。
4に記載の発明によれば、レアショート時に電線をレア
ショートの過電流から確実に保護できる効果を奏する。
ば、過電流通過に起因して発生した熱量が電線に蓄積さ
れることにより、発煙が生ずることになるので、熱量を
レアショートの判定に使用することは、総和熱量Nの把
握がしやすくなり、レアショート領域に達しているか否
かの判定を確実に行うことができる。
ーズ素子を含む自動車の電気回路図。
(以下、ヒューズ素子という)の一例の正断面図、
(B)は側断面図。
電流保護制御プログラムに基づいた処理動作を示すフロ
ーチャート図。
2…電流検出手段、抵抗素子及びヒューズ素子としての
電流センサ、4…継電器としてのFET、5…負荷。
Claims (4)
- 【請求項1】 自動車用電気回路に流れる検出対象の電
流に応じた検出信号を入力し、同検出信号に基づいて、
前記電流が自動車用電気回路に設けられた電線を発煙さ
せない程度の異常か否かを判断する判断手段を備えたレ
アショート判断装置であって、 前記判断手段は、 電流の大きさに応じた検出信号、検出信号のオン時間、
オフ時間に関係するパラメータの累積値を、所定経過時
間毎に算出し、その算出結果に基づいて、電線を発煙さ
せない程度の異常か否かを判断することを特徴とするレ
アショート判断装置。 - 【請求項2】 パラメータは熱量であり、 判断手段は、検出信号のオン時間中に生ずるジュール熱
量、及びアーク熱量、 オフ時間中の放熱量の加減算を所定経過時間毎に行い、
その算出結果に基づいて電線を発煙させない程度の異常
か否かを判断するものである請求項1に記載のレアショ
ート判断装置。 - 【請求項3】 自動車用電気回路に流れる検出対象の電
流に関する検出信号に基づいて、前記電流が自動車用電
気回路に設けられた電線を発煙させない程度の異常か否
かを判断するレアショート判断方法において、 前記異常判断は、 電流の大きさに応じた検出信号、検出信号のオン時間、
オフ時間に関係するパラメータの累積値を、所定経過時
間毎に算出し、その算出結果に基づいて、電線を発煙さ
せない程度の異常か否かを判断することを特徴とするレ
アショート判断方法。 - 【請求項4】 パラメータは熱量であり、 異常判断は、検出信号のオン時間中に生ずるジュール熱
量、及びアーク熱量、 オフ時間中の放熱量の加減算を所定経過時間毎に行い、
その算出結果に基づいて電線を発煙させない程度の異常
か否かを判断するものである請求項3に記載のレアショ
ート判断方法。
Priority Applications (13)
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DE60141314T DE60141314D1 (de) | 2000-09-04 | 2001-08-30 | Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines seltenen Kurzschlusses |
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