JP2004023980A - アーク低減方法及びアーク低減装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気回路内にアークが発生した場合に当該アークを瞬時に消弧でき、電気回路へのアークによる悪影響を極小化できるアーク低減装置を提供する。
【解決手段】アーク低減装置Ｆは、電気回路のバッテリＢから電気負荷２９への電流供給状態をオンオフ切り換えするＦＥＴ１３と、バッテリＢから電気負荷２９に流れる電流の電流値を検出する検出部１５を備えている。また、アーク低減装置Ｆは検出部１５による検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たした場合に電流供給状態がオフ状態となるようにＦＥＴ１３を切り換え駆動する判断部３１を備えている。そして、判断部３１は検出部１５による検出電流値が所定のアーク判定用閾値未満となった場合にＦＥＴ１３をオフ方向へ切り換え駆動する。
【選択図】 図１
【解決手段】アーク低減装置Ｆは、電気回路のバッテリＢから電気負荷２９への電流供給状態をオンオフ切り換えするＦＥＴ１３と、バッテリＢから電気負荷２９に流れる電流の電流値を検出する検出部１５を備えている。また、アーク低減装置Ｆは検出部１５による検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たした場合に電流供給状態がオフ状態となるようにＦＥＴ１３を切り換え駆動する判断部３１を備えている。そして、判断部３１は検出部１５による検出電流値が所定のアーク判定用閾値未満となった場合にＦＥＴ１３をオフ方向へ切り換え駆動する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用電気回路等の電気回路においてアークが発生した場合に、当該アークによる電気回路への悪影響を低減するためのアーク低減方法及びアーク低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、車両、例えば自動車では、各種電装品の増加にともない、その車両用電気回路の電源として、従来の１４Ｖ電源の代わりに４２Ｖ電源が用いられる傾向にある。そして、当該４２Ｖ電源（バッテリ）から電気負荷となる車両各部の各種電装品（例えば、ヘッドランプや電動パワーウインド装置など）には、多数のハーネス（被覆電線）が電気回路を構成するようにコネクタ等を介して接続配線されている。また、その電気回路内には、前記各種電装品を制御するために、メカニカルリレー、スイッチなどが接続されている。また、前記電気回路にはブレード型ヒューズに代表される保護ヒューズが介装されており、その電気回路に連続的な大電流が流れた際には、当該ヒューズが溶断することで強制的に電流遮断を行い、その回路保護を図り得る構成とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記電気回路を構成すべく電源と各電気負荷との間に配線されたハーネスは車両の振動時等に当該ハーネスの絶縁被覆が車両本体等に擦れて剥げることがあり、そのような被覆剥離部分が車両本体に接触した場合には、所謂、レアショートを起こしてしまうことがあった。そして、このようなレアショート状態で前記ハーネスの被覆剥離部分が車両本体から離れた場合には、アークが発生することになる。そのように発生したアークは、通常、数ｍｓ〜数十ｍｓの長時間に亘りアーク電流が流れ続け、自然消弧することなく継続する（その一例を図３（ａ）に破線で示す）。また、このようなアークは、前記電気回路内に接続されているメカニカルリレーやスイッチなどによる回路開放時、及びコネクタ離脱時にも、それぞれの端子接点間で発生する。
【０００４】
特に、電源として４２Ｖ電源が採用された回路では１４Ｖ電源が採用された回路に比べて電源電圧が高いことから、発生するアークによる熱（アーク熱）の影響が飛躍的に大きくなる。そのため、かかるアーク熱によりレアショート発生部分での絶縁被覆の発煙、発火、メカニカルリレー等のスイッチ類の接点溶損、不良、コネクタの端子破損を生じる虞があった。なお、その対応として、従来から、４２Ｖ電源が採用された電気回路のメカニカルリレー、スイッチ、コネクタにはアーク対策が実施されているが、その対策のために、部品の大型化、コストアップになるという問題を生じていた。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電気回路内にアークが発生した場合に当該アークを瞬時に消弧でき、電気回路へのアークによる悪影響を極小化できるアーク低減方法及びアーク低減装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、電気回路の電源から電気負荷へ流れる電流の電流値を検出し、その検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たした場合に前記電気回路を強制的に遮断してアークを強制的に消弧することを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記所定条件として、検出電流値が所定のアーク判定用閾値未満となった場合に、前記電気回路を強制的に遮断することを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記検出電流値は所定のサンプリング間隔で検出され、前記アーク判定用閾値は、前回サンプリング時の検出電流値に所定割合をかけた値に設定されていることを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記サンプリング間隔は前記電気回路にアークが発生した場合における当該アークの消弧に必要とされる時間よりも短い間隔に設定されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の発明において、前記電気回路を強制的に遮断した後、アークの消弧に必要とされる時間が経過後に、前記電源から電気負荷への電流供給状態がオン状態となるように前記電気回路の強制的遮断状態を解除することを要旨とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、請求項４又は請求項５に記載の発明において、前記電気回路が強制的に遮断されることになるオフ時間は、アークが確実に消弧しかつ前記電気負荷の挙動に影響を与えない微少時間に設定されることを要旨とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明では、電気回路の電源から電気負荷への電流供給状態をオンオフ切り換えするスイッチ手段と、前記電源から電気負荷に流れる電流の電流値を検出する検出手段と、前記検出手段による検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たした場合に前記電流供給状態がオフ状態となるように前記スイッチ手段を切り換え駆動する制御手段とを備えたことを要旨とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の発明において、前記制御手段は、前記検出手段による検出電流値が所定のアーク判定用閾値未満となった場合に前記スイッチ手段をオフ方向へ切り換え駆動することを要旨とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の発明において、前記検出手段は所定のサンプリング間隔で電流値検出を行う構成とされ、前記アーク判定用閾値は、前記検出手段による前回サンプリング時の検出電流値に所定割合をかけた値に設定されていることを要旨とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の発明において、前記検出手段によるサンプリング間隔は前記電気回路にアークが発生した場合における当該アークの消弧に必要とされる時間よりも短い間隔に設定されていることを要旨とする。
【００１６】
請求項１１に記載の発明では、請求項７〜請求項１０のうち何れか一項に記載の発明において、前記制御手段は、前記電流供給状態がオフ状態となるように前記スイッチ手段を切り換え駆動した後、アークの消弧に必要とされる時間が経過後に、前記電流供給状態がオン状態となるように前記スイッチ手段を切り換え駆動することを要旨とする。
【００１７】
請求項１２に記載の発明では、請求項１０又は請求項１１に記載の発明において、前記電気回路が強制的に遮断されることになるオフ時間は、アークが確実に消弧しかつ前記電気負荷の挙動に影響を与えない微少時間に設定されることを要旨とする。
【００１８】
そのため、請求項１〜請求項１２に記載の発明では、検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たすと、電気回路が強制的に遮断され、アークが強制的に消弧される。従って、電気回路内にアークが発生した場合には、当該アークが瞬時に消弧される結果、電気回路へのアークによる悪影響が極小化される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用電気回路におけるアーク低減装置及びアーク低減方法に具体化した一実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るアーク低減装置Ｆは、導電板１１、入力端子１２、スイッチ手段としてのＦＥＴ（パワーＭＯＳＦＥＴ）１３、中継電極１４、検出部１５、出力端子１６、ＩＣ１７、信号入力端子１８等を備えている。そして、アーク低減装置Ｆは、これら導電板１１〜信号入力端子１８等がエポキシ樹脂等のモールド材１９にてモールドパッケージされ、全体が扁平六方体状に形成されたＩＰＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｓｗｉｔｃｈ）として構成されている。
【００２１】
前記導電板１１にはＬ字状をなす分岐片１１ａが突設され、分岐片１１ａと、同分岐片１１ａに対向して配置された中継電極１４間にはヒューズの通電容量に応じた薄肉状の検出部１５が一体に連結されている。分岐片１１ａには出力端子１６の内端部が取付けられており、出力端子１６はパッケージの一側面において、外端部が外方にＬ字状に突設されている。
【００２２】
前記入力端子１２は、パッケージの出力端子１６が取付けられた側面と同じ側面において、外端部が外方にＬ字状に突設され、入力端子１２の内端内面には前記ＦＥＴ１３が載置固定されている。そして、入力端子１２の内端部は、電源入力線１２ａを介して前記ＩＣ１７に接続されている。ＦＥＴ１３のソースは導電バー２０を介して中継電極１４に接続され、ドレインは入力端子１２に接続されている。また、ＦＥＴ１３のゲートは制御線２１を介してＩＣ１７に接続されている。ＩＣ１７には、中継電極１４に接続された＋側入力線２４と、導電板１１に接続された−側入力線２５とが接続されている。
【００２３】
また、アーク低減装置Ｆのアース端子２７は、前記入力端子１２及び出力端子１６と同じパッケージの側面において、外端部が外方にＬ字状に突設され、内端部がリード線２７ａを介してＩＣ１７に接続されている。同様に、信号入力端子１８は出力端子１６と同じパッケージの側面において、外端部がパッケージから突出され、内端がリード線１８ａを介してＩＣ１７に接続されている。
【００２４】
上記のように構成されたアーク低減装置Ｆは、自動車用の電気回路に設けられた端子台（図示しない）に装着されている。そして、入力端子１２は、自動車の電源としてのバッテリＢに接続され、出力端子１６は、コネクタ２８を介して電気負荷（以下、「負荷」ともいう。）２９に接続されている。負荷２９は、例えば、ヘッドランプや電動パワーウインド装置などからなる。信号入力端子１８は自動車の外部スイッチ回路としての外部スイッチ３０に接続されており、外部スイッチ３０がオン操作されるとＩＣ１７にスイッチオン信号が入力され、外部スイッチ３０がオフ操作されるとＩＣ１７にスイッチオフ信号が入力される。
【００２５】
前記ＩＣ１７は、制御手段としての判断部３１、オペアンプ３２、ドライバ回路３３を備えている。オペアンプ３２は、＋側入力線２４及び−側入力線２５と接続されており、＋側入力線２４と−側入力線２５とを介して入力された検出部１５の両端電圧（電位差）の増幅値を判断部３１のＡ／Ｄ変換入力部（図示略）に入力する。検出部１５の両端電圧（電位差）は、検出部１５に流れる電流値と比例関係にあるため、判断部３１は検出部１５の両端電圧を検出することにより、バッテリＢから負荷２９へ流れる電流の電流値を検出できる。本実施形態では、前記検出部１５及びオペアンプ３２により検出手段が構成され、所定のサンプリング間隔（一例として、０．２ｍｓ）で前記電流値を検出するようにしている。なお、本実施形態では判断部３１はマイコンにより構成されている。
【００２６】
前記ＦＥＴ１３のゲートと判断部３１とはドライバ回路３３を介して接続されており、判断部３１は、ドライバ回路３３から回路制御信号をＦＥＴ１３のゲートに送ってＦＥＴ１３のオン状態とオフ状態とを切り換える。なお、判断部３１は、図示しない中央処理装置、「アーク低減制御プログラム」を格納するＲＯＭ、各種データを記憶させる作業用メモリ（ＲＡＭ）を備えている。
【００２７】
次に、上記構成のアーク低減装置Ｆが備える判断部３１により実施されるアーク低減制御処理ルーチンを図２に示すフローチャートに従って説明する。
まず、判断部３１はバッテリＢから所定の電圧が供給されると、ステップＳ１において、前回のサンプリング時の検出電流値（前回値）Ｓｂ、今回のサンプリング時の検出電流値（今回値）Ｓｎ、強制オフ時間カウンタＣＮＴを「０」にリセットする。また、判断部３１はスイッチ入力状態ステータスＬｏｎ（０：未入力状態、１：入力状態）、遮断判断ステータスＦＬＧ（０：非遮断状態、１：遮断状態）を「０」にリセットする等の初期セットを行い、ステップＳ２に移る。
【００２８】
ステップＳ２では、判断部３１はスイッチオン信号が入力されているか否かを判断する。外部スイッチ３０がオフ状態でスイッチオン信号が入力されていなければ、判断部３１はステップＳ３に移る。一方、外部スイッチ３０がオン状態でスイッチオン信号が入力されていれば、判断部３１はステップＳ４に移る。
【００２９】
ステップＳ３では、判断部３１はスイッチ入力状態ステータスＬｏｎの値を「０」（未入力状態）とし、ＦＥＴ１３のゲートに回路オフ信号を出力し、ＦＥＴ１３をオフ状態にする。そして、判断部３１はサンプリング間隔である０．２ｍｓ経過後にステップＳ２に戻る。
【００３０】
ステップＳ４では、判断部３１は遮断判断ステータスＦＬＧが「０」（非遮断状態）か否かを判断し、「０」であればステップＳ５に進み、「０」でなければ、即ち「１」（遮断状態）であればステップＳ９に進む。
【００３１】
ステップＳ５では、判断部３１はスイッチ入力状態ステータスＬｏｎの値を「１」（入力状態）とし、ドライバ回路３３を介してＦＥＴ１３のゲートに回路オン信号を出力してＦＥＴ１３をオン状態にし、負荷２９を通電させる。
【００３２】
ステップＳ６では、判断部３１は検出部１５で電流値Ｓを検出して取り込み、その電流値Ｓを今回値Ｓｎに代入する。
ステップＳ７では、判断部３１は所定条件としての「前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞アーク時降下量基準値（以下、「降下量基準値」ともいう。）Ｋ」が成立するか否かを判断する。そして、条件が成立すれば判断部３１はステップＳ８に進み、成立しなければサンプリング間隔である０．２ｍｓ経過後にステップＳ２に戻る。
【００３３】
なお、前記基準値Ｋは前回値Ｓｂ×アーク時降下割合ａ（例えば、ａ＝０．１５）という値にしているため、条件式：前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋは、条件式：前回値Ｓｂ×（１−アーク時降下割合ａ）＞今回値Ｓｎと変形できる。よって、ステップＳ７の処理は、今回サンプリング時の検出電流値（今回値Ｓｎ）が、前回サンプリング時の検出電流値（前回値Ｓｂ）に所定割合（１−ａ）をかけた値であるアーク判定用閾値（前回値Ｓｂ×（１−ａ））未満となった場合にスイッチ手段（ＦＥＴ１３）をオフ方向へ切り換え駆動することに相当する。
【００３４】
ステップＳ８では、判断部３１は遮断判断ステータスＦＬＧの値を「１」（遮断状態）とする。また、判断部３１は前回値Ｓｂに今回値Ｓｎを入れる。
ステップＳ９では、判断部３１は強制オフ時間カウンタＣＮＴの値を１つインクリメントとする。
【００３５】
ステップＳ１０では、判断部３１は強制オフ時間カウンタＣＮＴの値が、強制オフ回数Ｃより大きいか否かを判断し、大きければステップＳ１１に移り、大きくなければサンプリング間隔である０．２ｍｓ経過後にＳ２に戻る。
【００３６】
ステップＳ１１では、判断部３１は強制オフ時間カウンタＣＮＴの値及び遮断判断ステータスＦＬＧの値を「０」（非遮断状態）とし、ドライバ回路３３を介してＦＥＴ１３のゲートに回路オン信号を出力してＦＥＴ１３をオン状態にし、負荷２９を通電させる。そして、判断部３１はサンプリング間隔である０．２ｍｓ経過後にＳ２に戻る。
【００３７】
ところで、本実施形態のような電気回路においてアークが発生すると、そのアーク発生後の電流値は、アーク発生前に比べて減少する。その理由は、アークが発生すると当該アーク発生部の電極空間に空気抵抗が生まれ、発生前の回路抵抗に比べ発生後の回路抵抗が増加するためである。本実施形態のアーク低減装置Ｆは、このようなアーク発生時における電流値の変化現象をとらえることによりアーク発生の有無を判定している。
【００３８】
また、一般に、アーク発生直後は発生前に比べ著しく電流値の降下現象が見られるが、ある程度降下した後は、当該アークが消弧するまで、電流値はなだらかな波形を描くように漸減する。従って、電流検出のサンプリング間隔が長い程、電流値の降下量も大きくなることから、前記降下量基準値Ｋの設定は容易なものとなる。ただし、アークの影響をできる限り小さくするには、アーク発生直後に素早く回路遮断を判断して少しでも早くアークを強制消弧すべきであるから、サンプリング間隔は前記降下量基準値Ｋの値を小さく設定する必要があっても短くすることが望まれる。例えば、４２Ｖ電源の回路では実験的に、アーク発生０．１ｍｓ後の電流値は、アーク発生前の電流値の７０％〜８５％程度に落ち、０．２ｍｓ後では６０％〜７５％程度に落ちることが確認されている。このため、例えばサンプリング間隔が０．２ｍｓの場合、遮断判断のための降下量基準値Ｋは余裕をみて前回値Ｓｂ×０．１５（アーク時降下割合ａ）程度が適当となる。
【００３９】
また、アーク発生と判定した時には回路オフ信号にて半導体リレー（ＦＥＴ１３）により、一定のオフ時間としての強制オフ時間Ｔの間、強制的に回路を遮断する。この強制オフ時間Ｔは負荷動作に影響の見られない微少時間でなくてはならないが、その一方で発生したアークを充分消弧する時間でなくてはならない。例えば、強制オフ時間Ｔに対応する回路遮断時に充分アークが消弧する時間を１〜２ｍｓと仮定すると、例えばサンプリング間隔０．２ｍｓの場合、その強制オフ回数は５〜１０回となる。
【００４０】
そこで次に、本実施形態の電気回路にレアショート発生に伴いアークが発生した場合におけるアーク低減装置Ｆの作用を図３（ａ）、（ｂ）のグラフを参照しながら説明する。なお、このグラフに示す例では、サンプリング間隔を０．２ｍｓ、強制オフ時間を１．８ｍｓ、強制オフ回数を８回としている。
【００４１】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、外部スイッチ３０がオン状態でバッテリＢから所定の電圧が供給された状態では、時刻ｔ＝０ｍｓ以降、判断部３１はステップＳ１を経てステップＳ２に移り、サンプリング間隔０．２ｍｓ毎にステップＳ２及びステップＳ４〜Ｓ７の処理を繰り返している。なお、この状態で負荷２９には定常電流（ここでは５Ａ）が流れている。
【００４２】
そして、車両の振動時等に、電源と負荷２９との間に配線されたハーネスの絶縁被覆が車両本体等に擦れて剥げ、その被覆剥離部分が車両本体に接触した場合には、レアショートが起こる。図３（ａ）では、時刻ｔ１でレアショートが発生して電流値Ｓが急上昇し、過電流（ここでは２２．５Ａ）になっている。そして、そのレアショート状態から時刻ｔ２でハーネスの被覆剥離部分が車両本体から離れると、その時刻ｔ２でアークが発生する。
【００４３】
すると、時刻ｔ２直後に電流値Ｓは急降下し、０．２ｍｓ経過後の時刻ｔ３では前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋが成立し、ステップＳ８により時刻ｔ３で図３（ｂ）に示すように回路制御信号が０Ｖにされる。すると、回路制御信号として回路オフ信号がドライバ回路３３を介して出力され、ＦＥＴ１３がオフ状態になり、図３（ａ）に示すように負荷２９へ流れる電流は遮断されて電流値Ｓが０Ａになる。
【００４４】
また、前記ステップＳ８により遮断判断ステータスＦＬＧに「１」が入れられるため、強制オフ時間カウンタＣＮＴ＞強制オフ回数Ｃが成立するまで、判断部３１はステップＳ２，Ｓ４，Ｓ９，Ｓ１０の処理をサンプリング間隔毎に繰り返す。なお、このような処理が繰り返し行われている間、回路制御信号は０Ｖ、負荷２９を流れる電流は０Ａのままである。そして、この強制オフ時間は１．８ｍｓ続き、その結果、アークは充分に消弧される。
【００４５】
一方、時刻ｔ３から強制オフ時間Ｔが経過して時刻ｔ４になり、強制オフ時間カウンタＣＮＴ＞強制オフ回数Ｃが成立すると、回路制御信号が５Ｖにされて回路オン信号が出力されるため、ＦＥＴ１３が再びオン状態になり、負荷２９へ流れる電流は５Ａになる。
【００４６】
また、アークはレアショート時に限らず、コネクタ２８の離脱、あるいは電気回路内に直列に接続されたメカニカルリレー（図示略）等のスイッチ類の開放動作により発生することがある。この場合、電流値はアーク発生直後に定常電流５Ａから降下し、アークが消弧されるまで漸減しながらアーク発生状態を継続する。そこで、判断部３１は、前記電流値の定常電流５Ａからの電流降下を検出し、前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋの条件が成立した場合、アーク発生と判断する。即ち、今回値Ｓｎが５．０Ａ×０．８５＝４．２５Ａより下になったときに判断部３１はアーク発生と判断し、ＦＥＴ１３をオフ状態にしてアークを消弧する。
【００４７】
従って、この実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１） ＩＰＳ内センサ（検出部１５）により電流挙動をモニタリングし、アーク発生判断時にはＩＰＳ内半導体リレー（ＦＥＴ１３）にて回路を微少時間（強制オフ時間Ｔ）遮断することによりアークによる熱影響等の弊害を低減している。従って、電気回路内にアークが発生した場合に当該アークを瞬時に消弧でき、電気回路へのアークによる悪影響を極小化できる。
【００４８】
（２） 上記のようにアークを低減できることにより、電気回路内に接続されているメカニカルリレー、スイッチ、コネクタ等に対してアークを低減するための特別な対策を取らなくても従来品が使え、安価な構成となる。
【００４９】
（３） 上記のようにアークを低減できることにより、バッテリＢを外した状態ではメンテナンスしにくい回路、言い換えれば通電状態の方がメンテナンスしやすい回路などのメンテナンス時の煩雑さを低減できる。また、レアショート時の車両火災の虞を低減できる。
【００５０】
（４） 前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋが成立する場合、即ち、今回値Ｓｎがアーク判定用閾値（前回値Ｓｂ×（１−アーク時降下割合ａ））未満となった場合にＦＥＴ１３をオフ状態にしている。従って、比較的簡単な回路構成によりアークの発生を判断できる。
【００５１】
（５） サンプリング時毎の前回値Ｓｂと今回値Ｓｎとの差を用いてアーク発生の有無を判断しているため、例えば電流値Ｓが一定の判定基準値より小さくなった場合にＦＥＴ１３をオフ状態にする制御等と異なり、レアショートにより電流が定常負荷電流より上昇した状態でアークが発生しても、直ちにアークを低減できる。
【００５２】
（６） アーク発生の有無を判断するために用いる降下量基準値Ｋは、前回値Ｓｂと今回値Ｓｎの差であり、また、アーク判定用閾値は、前回値Ｓｂに所定の割合（１−アーク時降下割合ａ）を掛けたものである。従って、アーク判定用閾値及び降下量基準値Ｋを簡単に得ることができる。
【００５３】
（７） また、前記アーク判定用閾値及び降下量基準値Ｋを設定するために使用されるアーク時降下割合ａの値は０．１５である。従って、アーク発生直後の電流値降下度合いから見て余裕を持ってアークの発生を判断できる。
【００５４】
（８） 検出部１５がヒューズである。従って、ＩＣ１７、あるいは、ＦＥＴ１３のうちいずれかが正常に作動しない場合、連続的に大電流が流れるデッドショート時には検出部１５が溶断して回路が遮断される。
【００５５】
なお、実施の形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変更してもよい。
○ 強制オフ時間Ｔは１．８ｍｓに限らず、アークを確実に消弧するのに充分な時間（最低でも１．０ｍｓ）で負荷の挙動に影響を及ぼさない時間であればよく、負荷２９や定常電流の大きさ等の変更により適宜変更してもよい。
【００５６】
○ アーク時降下量基準値Ｋは、サンプリング間隔が長いほど大きくし、サンプリング間隔が短いほど小さくしてもよい。例えば、前記基準値Ｋをサンプリング間隔に比例して設定するようにしてもよく、例えば、サンプリング間隔を０．４ｍｓとした場合、前記基準値Ｋは前回値Ｓｂ×０．３０となる。
【００５７】
○ ＦＥＴ１３をオフ状態に切り換える条件は前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋに限らない。例えば、定常電流値より下の所定範囲を設け、判断部３１は、検出される電流値Ｓがこの所定範囲に入った場合にＦＥＴ１３をオフ状態にしアークを消弧するように構成してもよい。この構成においてコネクタ２８の離脱のように電流値Ｓが定常電流より下がった場合には、電流値Ｓがこの所定範囲に入り、オフに切り換えられるため、この構成でもアークを消弧できる。
【００５８】
○ 検出部１５はヒューズに限らず、例えばシャント抵抗器、サーミスタ、ホール素子、ＬＳＩ等を利用した電流センサなど、電流値に比例して出力可能なものであればよい。
【００５９】
○ スイッチ手段は、ＦＥＴ１３に限らず、他の半導体リレー等、信号により回路の通電／遮断が可能なものであればよい。
○ ＩＣ１７は判断部３１、オペアンプ３２、ドライバ回路３３を備える構成に限らない。また、制御手段は、マイコンに限定されず、例えば、他の演算処理装置でもよい。
【００６０】
○ 本発明が実施される自動車用電気回路の電源電圧は４２Ｖに限らず、例えば１４Ｖ電源回路を備える車両に適用してもよい。
○ 本発明は自動車用電気回路以外に適用してもよい。
【００６１】
上記各実施の形態から把握できる発明（技術的思想）について、以下に追記する。
（１） 請求項７に記載の発明において、前記検出手段は所定のサンプリング間隔で電流値検出を行う構成とされ、前記制御手段は、前回サンプリング時の検出電流値と今回サンプリング時の検出電流値との差が所定のアーク時降下量基準値よりも大きくなった場合に前記スイッチ手段をオフ方向へ切り換え駆動する。
【００６２】
（２） 請求項８に記載の発明において、前記検出手段は所定のサンプリング間隔で電流値検出を行う構成とされ、前記アーク判定用閾値は、前記サンプリング間隔に比例して設定されている。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１〜請求項１２に記載の発明によれば、電気回路内にアークが発生した場合に当該アークを瞬時に消弧でき、電気回路へのアークによる悪影響を極小化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は一実施の形態のアーク低減装置の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は自動車内の電気回路図。
【図２】アーク低減制御処理ルーチンを示すフローチャート。
【図３】（ａ）は負荷を流れる電流のグラフ、（ｂ）は回路制御信号のグラフ。
【符号の説明】
１３…スイッチ手段としてのＦＥＴ、１５…検出手段を構成する検出部、２９…電気負荷、３２…検出手段を構成するオペアンプ、３１…制御手段としての判断部、Ｂ…電源としてのバッテリ、Ｆ…アーク低減装置、Ｔ…オフ時間としての強制オフ時間。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用電気回路等の電気回路においてアークが発生した場合に、当該アークによる電気回路への悪影響を低減するためのアーク低減方法及びアーク低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、車両、例えば自動車では、各種電装品の増加にともない、その車両用電気回路の電源として、従来の１４Ｖ電源の代わりに４２Ｖ電源が用いられる傾向にある。そして、当該４２Ｖ電源（バッテリ）から電気負荷となる車両各部の各種電装品（例えば、ヘッドランプや電動パワーウインド装置など）には、多数のハーネス（被覆電線）が電気回路を構成するようにコネクタ等を介して接続配線されている。また、その電気回路内には、前記各種電装品を制御するために、メカニカルリレー、スイッチなどが接続されている。また、前記電気回路にはブレード型ヒューズに代表される保護ヒューズが介装されており、その電気回路に連続的な大電流が流れた際には、当該ヒューズが溶断することで強制的に電流遮断を行い、その回路保護を図り得る構成とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記電気回路を構成すべく電源と各電気負荷との間に配線されたハーネスは車両の振動時等に当該ハーネスの絶縁被覆が車両本体等に擦れて剥げることがあり、そのような被覆剥離部分が車両本体に接触した場合には、所謂、レアショートを起こしてしまうことがあった。そして、このようなレアショート状態で前記ハーネスの被覆剥離部分が車両本体から離れた場合には、アークが発生することになる。そのように発生したアークは、通常、数ｍｓ〜数十ｍｓの長時間に亘りアーク電流が流れ続け、自然消弧することなく継続する（その一例を図３（ａ）に破線で示す）。また、このようなアークは、前記電気回路内に接続されているメカニカルリレーやスイッチなどによる回路開放時、及びコネクタ離脱時にも、それぞれの端子接点間で発生する。
【０００４】
特に、電源として４２Ｖ電源が採用された回路では１４Ｖ電源が採用された回路に比べて電源電圧が高いことから、発生するアークによる熱（アーク熱）の影響が飛躍的に大きくなる。そのため、かかるアーク熱によりレアショート発生部分での絶縁被覆の発煙、発火、メカニカルリレー等のスイッチ類の接点溶損、不良、コネクタの端子破損を生じる虞があった。なお、その対応として、従来から、４２Ｖ電源が採用された電気回路のメカニカルリレー、スイッチ、コネクタにはアーク対策が実施されているが、その対策のために、部品の大型化、コストアップになるという問題を生じていた。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電気回路内にアークが発生した場合に当該アークを瞬時に消弧でき、電気回路へのアークによる悪影響を極小化できるアーク低減方法及びアーク低減装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、電気回路の電源から電気負荷へ流れる電流の電流値を検出し、その検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たした場合に前記電気回路を強制的に遮断してアークを強制的に消弧することを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記所定条件として、検出電流値が所定のアーク判定用閾値未満となった場合に、前記電気回路を強制的に遮断することを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記検出電流値は所定のサンプリング間隔で検出され、前記アーク判定用閾値は、前回サンプリング時の検出電流値に所定割合をかけた値に設定されていることを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記サンプリング間隔は前記電気回路にアークが発生した場合における当該アークの消弧に必要とされる時間よりも短い間隔に設定されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の発明において、前記電気回路を強制的に遮断した後、アークの消弧に必要とされる時間が経過後に、前記電源から電気負荷への電流供給状態がオン状態となるように前記電気回路の強制的遮断状態を解除することを要旨とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、請求項４又は請求項５に記載の発明において、前記電気回路が強制的に遮断されることになるオフ時間は、アークが確実に消弧しかつ前記電気負荷の挙動に影響を与えない微少時間に設定されることを要旨とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明では、電気回路の電源から電気負荷への電流供給状態をオンオフ切り換えするスイッチ手段と、前記電源から電気負荷に流れる電流の電流値を検出する検出手段と、前記検出手段による検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たした場合に前記電流供給状態がオフ状態となるように前記スイッチ手段を切り換え駆動する制御手段とを備えたことを要旨とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の発明において、前記制御手段は、前記検出手段による検出電流値が所定のアーク判定用閾値未満となった場合に前記スイッチ手段をオフ方向へ切り換え駆動することを要旨とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の発明において、前記検出手段は所定のサンプリング間隔で電流値検出を行う構成とされ、前記アーク判定用閾値は、前記検出手段による前回サンプリング時の検出電流値に所定割合をかけた値に設定されていることを要旨とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の発明において、前記検出手段によるサンプリング間隔は前記電気回路にアークが発生した場合における当該アークの消弧に必要とされる時間よりも短い間隔に設定されていることを要旨とする。
【００１６】
請求項１１に記載の発明では、請求項７〜請求項１０のうち何れか一項に記載の発明において、前記制御手段は、前記電流供給状態がオフ状態となるように前記スイッチ手段を切り換え駆動した後、アークの消弧に必要とされる時間が経過後に、前記電流供給状態がオン状態となるように前記スイッチ手段を切り換え駆動することを要旨とする。
【００１７】
請求項１２に記載の発明では、請求項１０又は請求項１１に記載の発明において、前記電気回路が強制的に遮断されることになるオフ時間は、アークが確実に消弧しかつ前記電気負荷の挙動に影響を与えない微少時間に設定されることを要旨とする。
【００１８】
そのため、請求項１〜請求項１２に記載の発明では、検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たすと、電気回路が強制的に遮断され、アークが強制的に消弧される。従って、電気回路内にアークが発生した場合には、当該アークが瞬時に消弧される結果、電気回路へのアークによる悪影響が極小化される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用電気回路におけるアーク低減装置及びアーク低減方法に具体化した一実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るアーク低減装置Ｆは、導電板１１、入力端子１２、スイッチ手段としてのＦＥＴ（パワーＭＯＳＦＥＴ）１３、中継電極１４、検出部１５、出力端子１６、ＩＣ１７、信号入力端子１８等を備えている。そして、アーク低減装置Ｆは、これら導電板１１〜信号入力端子１８等がエポキシ樹脂等のモールド材１９にてモールドパッケージされ、全体が扁平六方体状に形成されたＩＰＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｓｗｉｔｃｈ）として構成されている。
【００２１】
前記導電板１１にはＬ字状をなす分岐片１１ａが突設され、分岐片１１ａと、同分岐片１１ａに対向して配置された中継電極１４間にはヒューズの通電容量に応じた薄肉状の検出部１５が一体に連結されている。分岐片１１ａには出力端子１６の内端部が取付けられており、出力端子１６はパッケージの一側面において、外端部が外方にＬ字状に突設されている。
【００２２】
前記入力端子１２は、パッケージの出力端子１６が取付けられた側面と同じ側面において、外端部が外方にＬ字状に突設され、入力端子１２の内端内面には前記ＦＥＴ１３が載置固定されている。そして、入力端子１２の内端部は、電源入力線１２ａを介して前記ＩＣ１７に接続されている。ＦＥＴ１３のソースは導電バー２０を介して中継電極１４に接続され、ドレインは入力端子１２に接続されている。また、ＦＥＴ１３のゲートは制御線２１を介してＩＣ１７に接続されている。ＩＣ１７には、中継電極１４に接続された＋側入力線２４と、導電板１１に接続された−側入力線２５とが接続されている。
【００２３】
また、アーク低減装置Ｆのアース端子２７は、前記入力端子１２及び出力端子１６と同じパッケージの側面において、外端部が外方にＬ字状に突設され、内端部がリード線２７ａを介してＩＣ１７に接続されている。同様に、信号入力端子１８は出力端子１６と同じパッケージの側面において、外端部がパッケージから突出され、内端がリード線１８ａを介してＩＣ１７に接続されている。
【００２４】
上記のように構成されたアーク低減装置Ｆは、自動車用の電気回路に設けられた端子台（図示しない）に装着されている。そして、入力端子１２は、自動車の電源としてのバッテリＢに接続され、出力端子１６は、コネクタ２８を介して電気負荷（以下、「負荷」ともいう。）２９に接続されている。負荷２９は、例えば、ヘッドランプや電動パワーウインド装置などからなる。信号入力端子１８は自動車の外部スイッチ回路としての外部スイッチ３０に接続されており、外部スイッチ３０がオン操作されるとＩＣ１７にスイッチオン信号が入力され、外部スイッチ３０がオフ操作されるとＩＣ１７にスイッチオフ信号が入力される。
【００２５】
前記ＩＣ１７は、制御手段としての判断部３１、オペアンプ３２、ドライバ回路３３を備えている。オペアンプ３２は、＋側入力線２４及び−側入力線２５と接続されており、＋側入力線２４と−側入力線２５とを介して入力された検出部１５の両端電圧（電位差）の増幅値を判断部３１のＡ／Ｄ変換入力部（図示略）に入力する。検出部１５の両端電圧（電位差）は、検出部１５に流れる電流値と比例関係にあるため、判断部３１は検出部１５の両端電圧を検出することにより、バッテリＢから負荷２９へ流れる電流の電流値を検出できる。本実施形態では、前記検出部１５及びオペアンプ３２により検出手段が構成され、所定のサンプリング間隔（一例として、０．２ｍｓ）で前記電流値を検出するようにしている。なお、本実施形態では判断部３１はマイコンにより構成されている。
【００２６】
前記ＦＥＴ１３のゲートと判断部３１とはドライバ回路３３を介して接続されており、判断部３１は、ドライバ回路３３から回路制御信号をＦＥＴ１３のゲートに送ってＦＥＴ１３のオン状態とオフ状態とを切り換える。なお、判断部３１は、図示しない中央処理装置、「アーク低減制御プログラム」を格納するＲＯＭ、各種データを記憶させる作業用メモリ（ＲＡＭ）を備えている。
【００２７】
次に、上記構成のアーク低減装置Ｆが備える判断部３１により実施されるアーク低減制御処理ルーチンを図２に示すフローチャートに従って説明する。
まず、判断部３１はバッテリＢから所定の電圧が供給されると、ステップＳ１において、前回のサンプリング時の検出電流値（前回値）Ｓｂ、今回のサンプリング時の検出電流値（今回値）Ｓｎ、強制オフ時間カウンタＣＮＴを「０」にリセットする。また、判断部３１はスイッチ入力状態ステータスＬｏｎ（０：未入力状態、１：入力状態）、遮断判断ステータスＦＬＧ（０：非遮断状態、１：遮断状態）を「０」にリセットする等の初期セットを行い、ステップＳ２に移る。
【００２８】
ステップＳ２では、判断部３１はスイッチオン信号が入力されているか否かを判断する。外部スイッチ３０がオフ状態でスイッチオン信号が入力されていなければ、判断部３１はステップＳ３に移る。一方、外部スイッチ３０がオン状態でスイッチオン信号が入力されていれば、判断部３１はステップＳ４に移る。
【００２９】
ステップＳ３では、判断部３１はスイッチ入力状態ステータスＬｏｎの値を「０」（未入力状態）とし、ＦＥＴ１３のゲートに回路オフ信号を出力し、ＦＥＴ１３をオフ状態にする。そして、判断部３１はサンプリング間隔である０．２ｍｓ経過後にステップＳ２に戻る。
【００３０】
ステップＳ４では、判断部３１は遮断判断ステータスＦＬＧが「０」（非遮断状態）か否かを判断し、「０」であればステップＳ５に進み、「０」でなければ、即ち「１」（遮断状態）であればステップＳ９に進む。
【００３１】
ステップＳ５では、判断部３１はスイッチ入力状態ステータスＬｏｎの値を「１」（入力状態）とし、ドライバ回路３３を介してＦＥＴ１３のゲートに回路オン信号を出力してＦＥＴ１３をオン状態にし、負荷２９を通電させる。
【００３２】
ステップＳ６では、判断部３１は検出部１５で電流値Ｓを検出して取り込み、その電流値Ｓを今回値Ｓｎに代入する。
ステップＳ７では、判断部３１は所定条件としての「前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞アーク時降下量基準値（以下、「降下量基準値」ともいう。）Ｋ」が成立するか否かを判断する。そして、条件が成立すれば判断部３１はステップＳ８に進み、成立しなければサンプリング間隔である０．２ｍｓ経過後にステップＳ２に戻る。
【００３３】
なお、前記基準値Ｋは前回値Ｓｂ×アーク時降下割合ａ（例えば、ａ＝０．１５）という値にしているため、条件式：前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋは、条件式：前回値Ｓｂ×（１−アーク時降下割合ａ）＞今回値Ｓｎと変形できる。よって、ステップＳ７の処理は、今回サンプリング時の検出電流値（今回値Ｓｎ）が、前回サンプリング時の検出電流値（前回値Ｓｂ）に所定割合（１−ａ）をかけた値であるアーク判定用閾値（前回値Ｓｂ×（１−ａ））未満となった場合にスイッチ手段（ＦＥＴ１３）をオフ方向へ切り換え駆動することに相当する。
【００３４】
ステップＳ８では、判断部３１は遮断判断ステータスＦＬＧの値を「１」（遮断状態）とする。また、判断部３１は前回値Ｓｂに今回値Ｓｎを入れる。
ステップＳ９では、判断部３１は強制オフ時間カウンタＣＮＴの値を１つインクリメントとする。
【００３５】
ステップＳ１０では、判断部３１は強制オフ時間カウンタＣＮＴの値が、強制オフ回数Ｃより大きいか否かを判断し、大きければステップＳ１１に移り、大きくなければサンプリング間隔である０．２ｍｓ経過後にＳ２に戻る。
【００３６】
ステップＳ１１では、判断部３１は強制オフ時間カウンタＣＮＴの値及び遮断判断ステータスＦＬＧの値を「０」（非遮断状態）とし、ドライバ回路３３を介してＦＥＴ１３のゲートに回路オン信号を出力してＦＥＴ１３をオン状態にし、負荷２９を通電させる。そして、判断部３１はサンプリング間隔である０．２ｍｓ経過後にＳ２に戻る。
【００３７】
ところで、本実施形態のような電気回路においてアークが発生すると、そのアーク発生後の電流値は、アーク発生前に比べて減少する。その理由は、アークが発生すると当該アーク発生部の電極空間に空気抵抗が生まれ、発生前の回路抵抗に比べ発生後の回路抵抗が増加するためである。本実施形態のアーク低減装置Ｆは、このようなアーク発生時における電流値の変化現象をとらえることによりアーク発生の有無を判定している。
【００３８】
また、一般に、アーク発生直後は発生前に比べ著しく電流値の降下現象が見られるが、ある程度降下した後は、当該アークが消弧するまで、電流値はなだらかな波形を描くように漸減する。従って、電流検出のサンプリング間隔が長い程、電流値の降下量も大きくなることから、前記降下量基準値Ｋの設定は容易なものとなる。ただし、アークの影響をできる限り小さくするには、アーク発生直後に素早く回路遮断を判断して少しでも早くアークを強制消弧すべきであるから、サンプリング間隔は前記降下量基準値Ｋの値を小さく設定する必要があっても短くすることが望まれる。例えば、４２Ｖ電源の回路では実験的に、アーク発生０．１ｍｓ後の電流値は、アーク発生前の電流値の７０％〜８５％程度に落ち、０．２ｍｓ後では６０％〜７５％程度に落ちることが確認されている。このため、例えばサンプリング間隔が０．２ｍｓの場合、遮断判断のための降下量基準値Ｋは余裕をみて前回値Ｓｂ×０．１５（アーク時降下割合ａ）程度が適当となる。
【００３９】
また、アーク発生と判定した時には回路オフ信号にて半導体リレー（ＦＥＴ１３）により、一定のオフ時間としての強制オフ時間Ｔの間、強制的に回路を遮断する。この強制オフ時間Ｔは負荷動作に影響の見られない微少時間でなくてはならないが、その一方で発生したアークを充分消弧する時間でなくてはならない。例えば、強制オフ時間Ｔに対応する回路遮断時に充分アークが消弧する時間を１〜２ｍｓと仮定すると、例えばサンプリング間隔０．２ｍｓの場合、その強制オフ回数は５〜１０回となる。
【００４０】
そこで次に、本実施形態の電気回路にレアショート発生に伴いアークが発生した場合におけるアーク低減装置Ｆの作用を図３（ａ）、（ｂ）のグラフを参照しながら説明する。なお、このグラフに示す例では、サンプリング間隔を０．２ｍｓ、強制オフ時間を１．８ｍｓ、強制オフ回数を８回としている。
【００４１】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、外部スイッチ３０がオン状態でバッテリＢから所定の電圧が供給された状態では、時刻ｔ＝０ｍｓ以降、判断部３１はステップＳ１を経てステップＳ２に移り、サンプリング間隔０．２ｍｓ毎にステップＳ２及びステップＳ４〜Ｓ７の処理を繰り返している。なお、この状態で負荷２９には定常電流（ここでは５Ａ）が流れている。
【００４２】
そして、車両の振動時等に、電源と負荷２９との間に配線されたハーネスの絶縁被覆が車両本体等に擦れて剥げ、その被覆剥離部分が車両本体に接触した場合には、レアショートが起こる。図３（ａ）では、時刻ｔ１でレアショートが発生して電流値Ｓが急上昇し、過電流（ここでは２２．５Ａ）になっている。そして、そのレアショート状態から時刻ｔ２でハーネスの被覆剥離部分が車両本体から離れると、その時刻ｔ２でアークが発生する。
【００４３】
すると、時刻ｔ２直後に電流値Ｓは急降下し、０．２ｍｓ経過後の時刻ｔ３では前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋが成立し、ステップＳ８により時刻ｔ３で図３（ｂ）に示すように回路制御信号が０Ｖにされる。すると、回路制御信号として回路オフ信号がドライバ回路３３を介して出力され、ＦＥＴ１３がオフ状態になり、図３（ａ）に示すように負荷２９へ流れる電流は遮断されて電流値Ｓが０Ａになる。
【００４４】
また、前記ステップＳ８により遮断判断ステータスＦＬＧに「１」が入れられるため、強制オフ時間カウンタＣＮＴ＞強制オフ回数Ｃが成立するまで、判断部３１はステップＳ２，Ｓ４，Ｓ９，Ｓ１０の処理をサンプリング間隔毎に繰り返す。なお、このような処理が繰り返し行われている間、回路制御信号は０Ｖ、負荷２９を流れる電流は０Ａのままである。そして、この強制オフ時間は１．８ｍｓ続き、その結果、アークは充分に消弧される。
【００４５】
一方、時刻ｔ３から強制オフ時間Ｔが経過して時刻ｔ４になり、強制オフ時間カウンタＣＮＴ＞強制オフ回数Ｃが成立すると、回路制御信号が５Ｖにされて回路オン信号が出力されるため、ＦＥＴ１３が再びオン状態になり、負荷２９へ流れる電流は５Ａになる。
【００４６】
また、アークはレアショート時に限らず、コネクタ２８の離脱、あるいは電気回路内に直列に接続されたメカニカルリレー（図示略）等のスイッチ類の開放動作により発生することがある。この場合、電流値はアーク発生直後に定常電流５Ａから降下し、アークが消弧されるまで漸減しながらアーク発生状態を継続する。そこで、判断部３１は、前記電流値の定常電流５Ａからの電流降下を検出し、前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋの条件が成立した場合、アーク発生と判断する。即ち、今回値Ｓｎが５．０Ａ×０．８５＝４．２５Ａより下になったときに判断部３１はアーク発生と判断し、ＦＥＴ１３をオフ状態にしてアークを消弧する。
【００４７】
従って、この実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１） ＩＰＳ内センサ（検出部１５）により電流挙動をモニタリングし、アーク発生判断時にはＩＰＳ内半導体リレー（ＦＥＴ１３）にて回路を微少時間（強制オフ時間Ｔ）遮断することによりアークによる熱影響等の弊害を低減している。従って、電気回路内にアークが発生した場合に当該アークを瞬時に消弧でき、電気回路へのアークによる悪影響を極小化できる。
【００４８】
（２） 上記のようにアークを低減できることにより、電気回路内に接続されているメカニカルリレー、スイッチ、コネクタ等に対してアークを低減するための特別な対策を取らなくても従来品が使え、安価な構成となる。
【００４９】
（３） 上記のようにアークを低減できることにより、バッテリＢを外した状態ではメンテナンスしにくい回路、言い換えれば通電状態の方がメンテナンスしやすい回路などのメンテナンス時の煩雑さを低減できる。また、レアショート時の車両火災の虞を低減できる。
【００５０】
（４） 前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋが成立する場合、即ち、今回値Ｓｎがアーク判定用閾値（前回値Ｓｂ×（１−アーク時降下割合ａ））未満となった場合にＦＥＴ１３をオフ状態にしている。従って、比較的簡単な回路構成によりアークの発生を判断できる。
【００５１】
（５） サンプリング時毎の前回値Ｓｂと今回値Ｓｎとの差を用いてアーク発生の有無を判断しているため、例えば電流値Ｓが一定の判定基準値より小さくなった場合にＦＥＴ１３をオフ状態にする制御等と異なり、レアショートにより電流が定常負荷電流より上昇した状態でアークが発生しても、直ちにアークを低減できる。
【００５２】
（６） アーク発生の有無を判断するために用いる降下量基準値Ｋは、前回値Ｓｂと今回値Ｓｎの差であり、また、アーク判定用閾値は、前回値Ｓｂに所定の割合（１−アーク時降下割合ａ）を掛けたものである。従って、アーク判定用閾値及び降下量基準値Ｋを簡単に得ることができる。
【００５３】
（７） また、前記アーク判定用閾値及び降下量基準値Ｋを設定するために使用されるアーク時降下割合ａの値は０．１５である。従って、アーク発生直後の電流値降下度合いから見て余裕を持ってアークの発生を判断できる。
【００５４】
（８） 検出部１５がヒューズである。従って、ＩＣ１７、あるいは、ＦＥＴ１３のうちいずれかが正常に作動しない場合、連続的に大電流が流れるデッドショート時には検出部１５が溶断して回路が遮断される。
【００５５】
なお、実施の形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変更してもよい。
○ 強制オフ時間Ｔは１．８ｍｓに限らず、アークを確実に消弧するのに充分な時間（最低でも１．０ｍｓ）で負荷の挙動に影響を及ぼさない時間であればよく、負荷２９や定常電流の大きさ等の変更により適宜変更してもよい。
【００５６】
○ アーク時降下量基準値Ｋは、サンプリング間隔が長いほど大きくし、サンプリング間隔が短いほど小さくしてもよい。例えば、前記基準値Ｋをサンプリング間隔に比例して設定するようにしてもよく、例えば、サンプリング間隔を０．４ｍｓとした場合、前記基準値Ｋは前回値Ｓｂ×０．３０となる。
【００５７】
○ ＦＥＴ１３をオフ状態に切り換える条件は前回値Ｓｂ−今回値Ｓｎ＞降下量基準値Ｋに限らない。例えば、定常電流値より下の所定範囲を設け、判断部３１は、検出される電流値Ｓがこの所定範囲に入った場合にＦＥＴ１３をオフ状態にしアークを消弧するように構成してもよい。この構成においてコネクタ２８の離脱のように電流値Ｓが定常電流より下がった場合には、電流値Ｓがこの所定範囲に入り、オフに切り換えられるため、この構成でもアークを消弧できる。
【００５８】
○ 検出部１５はヒューズに限らず、例えばシャント抵抗器、サーミスタ、ホール素子、ＬＳＩ等を利用した電流センサなど、電流値に比例して出力可能なものであればよい。
【００５９】
○ スイッチ手段は、ＦＥＴ１３に限らず、他の半導体リレー等、信号により回路の通電／遮断が可能なものであればよい。
○ ＩＣ１７は判断部３１、オペアンプ３２、ドライバ回路３３を備える構成に限らない。また、制御手段は、マイコンに限定されず、例えば、他の演算処理装置でもよい。
【００６０】
○ 本発明が実施される自動車用電気回路の電源電圧は４２Ｖに限らず、例えば１４Ｖ電源回路を備える車両に適用してもよい。
○ 本発明は自動車用電気回路以外に適用してもよい。
【００６１】
上記各実施の形態から把握できる発明（技術的思想）について、以下に追記する。
（１） 請求項７に記載の発明において、前記検出手段は所定のサンプリング間隔で電流値検出を行う構成とされ、前記制御手段は、前回サンプリング時の検出電流値と今回サンプリング時の検出電流値との差が所定のアーク時降下量基準値よりも大きくなった場合に前記スイッチ手段をオフ方向へ切り換え駆動する。
【００６２】
（２） 請求項８に記載の発明において、前記検出手段は所定のサンプリング間隔で電流値検出を行う構成とされ、前記アーク判定用閾値は、前記サンプリング間隔に比例して設定されている。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１〜請求項１２に記載の発明によれば、電気回路内にアークが発生した場合に当該アークを瞬時に消弧でき、電気回路へのアークによる悪影響を極小化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は一実施の形態のアーク低減装置の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は自動車内の電気回路図。
【図２】アーク低減制御処理ルーチンを示すフローチャート。
【図３】（ａ）は負荷を流れる電流のグラフ、（ｂ）は回路制御信号のグラフ。
【符号の説明】
１３…スイッチ手段としてのＦＥＴ、１５…検出手段を構成する検出部、２９…電気負荷、３２…検出手段を構成するオペアンプ、３１…制御手段としての判断部、Ｂ…電源としてのバッテリ、Ｆ…アーク低減装置、Ｔ…オフ時間としての強制オフ時間。
Claims (12)
- 電気回路の電源から電気負荷へ流れる電流の電流値を検出し、その検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たした場合に前記電気回路を強制的に遮断してアークを強制的に消弧するアーク低減方法。
- 前記所定条件として、検出電流値が所定のアーク判定用閾値未満となった場合に、前記電気回路を強制的に遮断する請求項１に記載のアーク低減方法。
- 前記検出電流値は所定のサンプリング間隔で検出され、前記アーク判定用閾値は、前回サンプリング時の検出電流値に所定割合をかけた値に設定されている請求項２に記載のアーク低減方法。
- 前記サンプリング間隔は前記電気回路にアークが発生した場合における当該アークの消弧に必要とされる時間よりも短い間隔に設定されている請求項３に記載のアーク低減方法。
- 前記電気回路を強制的に遮断した後、アークの消弧に必要とされる時間が経過後に、前記電源から電気負荷への電流供給状態がオン状態となるように前記電気回路の強制的遮断状態を解除する請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載のアーク低減方法。
- 前記電気回路が強制的に遮断されることになるオフ時間は、アークが確実に消弧しかつ前記電気負荷の挙動に影響を与えない微少時間に設定される請求項４又は請求項５に記載のアーク低減方法。
- 電気回路の電源から電気負荷への電流供給状態をオンオフ切り換えするスイッチ手段と、前記電源から電気負荷に流れる電流の電流値を検出する検出手段と、前記検出手段による検出電流値がアーク発生時の電流値条件とされる所定条件を満たした場合に前記電流供給状態がオフ状態となるように前記スイッチ手段を切り換え駆動する制御手段とを備えたアーク低減装置。
- 前記制御手段は、前記検出手段による検出電流値が所定のアーク判定用閾値未満となった場合に前記スイッチ手段をオフ方向へ切り換え駆動する請求項７に記載のアーク低減装置。
- 前記検出手段は所定のサンプリング間隔で電流値検出を行う構成とされ、前記アーク判定用閾値は、前記検出手段による前回サンプリング時の検出電流値に所定割合をかけた値に設定されている請求項８に記載のアーク低減装置。
- 前記検出手段によるサンプリング間隔は前記電気回路にアークが発生した場合における当該アークの消弧に必要とされる時間よりも短い間隔に設定されている請求項９に記載のアーク低減装置。
- 前記制御手段は、前記電流供給状態がオフ状態となるように前記スイッチ手段を切り換え駆動した後、アークの消弧に必要とされる時間が経過後に、前記電流供給状態がオン状態となるように前記スイッチ手段を切り換え駆動する請求項７〜請求項１０のうち何れか一項に記載のアーク低減装置。
- 前記電気回路が強制的に遮断されることになるオフ時間は、アークが確実に消弧しかつ前記電気負荷の挙動に影響を与えない微少時間に設定される請求項１０又は請求項１１に記載のアーク低減装置。
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