JP2009130944A - 電線保護方法および電線保護装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明による、電源から負荷へ電力を供給するために用いられる電線の保護方法では、負荷への通電電流I(n)が所定時間Δt毎に検出される。電線の上昇温度ΔTw(n)が、検出された通電電流I(n)を用いて、電線の放熱および発熱に係る関係式によって算出される。算出された上昇温度ΔTw(n)が基準温度に加算されて電線の温度が推定される。推定電線温度が所定の上限温度未満の場合は、上昇温度ΔTw(n)の算出が繰り返され、推定電線温度が所定の上限温度以上となった場合、電源から負荷への電力の供給を停止され、電線が保護される。
【選択図】図4
Description
また、近年では直接電線に温度センサーを取り付け、電線の温度を測定し、電線が異常な温度に達した場合に通電電流を遮断させる技術が報告されている(特許文献1参照)。
ΔTw(n)= ΔTw(n−1)×exp(−Δt/τw)+Rthw
×Rw(n−1)×I(n−1)2×(1−exp(−Δt/τw))
ここで、 I(n):検出n(1以上の整数)回目の検出通電電流値(A)
ΔTw(n):検出n回時での電線上昇温度(℃)
Rw(n)=Rw(0)×(1+κw×(Tw−To))
:検出n回時の電線抵抗(Ω)
Rw(0):温度Toでの電線抵抗(Ω)
Rthw:電線熱抵抗(℃/W)
τw:電線放熱時定数(s)
κw:電線抵抗温度係数(/℃)
Δt:所定時間(s)
Tw=基準温度+ΔTw(n)
:検出n回時の電線温度(℃)
また、前記電線の温度を推定する工程は、前記関係式における前記Rw(n)を温度に依存しない一定値として、前記電線の上昇温度を算出することが好ましい。
本発明の実施形態を図1〜図5を参照しつつ説明する。なお、本実施形態においては、保護される電線として車両のワイヤーハーネスを想定しているが、これに限られない。
次に、マイクロコンピュータ10による電線温度の推定方法を図3〜図5を参照して説明する。図3は電線温度推定モデルを説明する図であり、電線上昇温度ΔTは、電線導体の発熱T1と電線の放熱T2との差として示される。図3の等価回路は熱に関する等価回路を示すものである。
ΔTw(n)= ΔTw(n−1)×exp(−Δt/τw)+Rthw
×Rw(n−1)×I(n−1)2×(1−exp(−Δt/τw))
…(式1)
ここで、 I(n):サンプリング(検出)n(1以上の整数)回目の電流値(A)
ΔTw(n):サンプリングn回時での電線上昇温度(℃)
Rw(n):サンプリングn回時の電線抵抗(Ω)
Rw(0):温度Toでのハーネス(電線)抵抗(Ω)
Rthw:ハーネス(電線)熱抵抗(℃/W)
τw:ハーネス(電線)放熱時定数(s)
κw:ハーネス(電線)抵抗温度係数(/℃)
Δt:サンプリング間隔(所定時間)(s)
マイクロコンピュータ10は、基準温度に、算出された電線の上昇温度ΔTwを加算して現在の電線温度Tpを推定する。その際、電線のサンプリング間隔(所定時間)Δt当たりの温度変化ΔTsを算出し、このサンプリング間隔Δt当たりの温度変化ΔTsを用いて電線の上昇温度ΔTwを算出する。
ΔTs=ΔTw(n)−ΔTw(n−1)
=(Rthw×Rw(n−1)×I(n−1)2−ΔTw(n−1))×(1−exp(−Δt/τw)) …(式1A)
そして、電線温度Tpが上限温度Tmax未満でない、すなわち、電線温度Tpが上限温度Tmax以上であると判定した場合、マイクロコンピュータ10は、半導体スイッチ素子35をオフして電線を保護するための保護信号を生成し、保護信号をIPS32に供給する。半導体スイッチ素子35は、保護信号によってオフされ、電線への通電が遮断される。そのため、電線のさらなる温度上昇が避けられる。
ここで、 Tw:検出n回時での電線温度(℃)
To:所定温度(例えば、20℃)
また、図5に示される電線上昇温度ΔTw(n)に係る式は、式1に至るまでの経過を示すもので、式1と同一内容を示す。ここで、サンプリング間隔Δt、ハーネス放熱時定数τw、ハーネス熱抵抗Rthw、およびハーネス抵抗(初期値、例えば20℃での値)Rw(0)は定数であり、温度推定される電線に応じて設定される。
次に、本発明に係る電線温度推定の試験例を図6〜図10を参照しつつ説明する。図6は、本発明に係る電線温度推定の試験条件を示す説明図である。本試験においては、試験電線として断面積0.85平方mm、長さ3mの銅線(AVSS0.85sq)が使用され、3.5mΩのオン抵抗を有する半導体スイッチ素子が使用された。電線の実測温度の測定は、電線の中間点にて行われた。試験電線および電線温度推定試験装置は、無風状態で温度25℃の恒温槽内に配置された。
上記したように、本実施形態においては、所定のサンプリング間隔Δt毎に、通電電流Iを検出し、その通電電流Iを用いて現在の電線温度Tpを推定し、電線温度Tpと電線の許容される上限温度Tmaxとを比較している。そのため、図11に示したような、オン/オフを繰り返すようなショート電流によって電線温度Tpが上昇した場合であっても、電線温度Tpの上昇を確実に検知して、電線が発煙温度に達する前に通電電流を遮断することができる。その結果、電線の発煙を防止することができる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
30…出力回路
33…CRローパスフィルタ
34…電流電圧変換回路
35…nチャネルMOSFET(半導体スイッチ素子)
38…センスMOSFET(電流検出回路)
40…基準温度設定回路
100…電線保護装置
Claims (17)
- 電源から負荷へ電力を供給するために用いられる電線を保護する方法であって、
前記負荷への通電電流を所定時間毎に検出する工程と、
前記検出された通電電流を用いて前記電線の所定時間当たりの温度変化を算出する工程と、
前記電線の所定時間当たりの温度変化を用いて前記電線の上昇温度を算出し、該電線の上昇温度を基準温度に加算して前記電線の温度を推定する工程と、
前記推定された電線の温度が所定の上限温度未満かどうかを判定する工程と、
前記判定する工程において、前記推定された電線の温度が前記所定の上限温度未満であると判定された場合、次の前記所定時間当たりの電線の温度変化を算出し、その算出された所定時間当たりの電線の温度変化を用いて新たに前記電線の上昇温度を算出し、該新たな電線の上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を新たに推定する工程と、
前記判定する工程において、前記推定された電線の温度が所定の上限温度以上であると判定された場合、前記電源から前記負荷への電力の供給を停止する工程とを含む電線保護方法。 - 前記電線の温度を推定する工程は、前記検出された通電電流を前記電線の発熱と放熱に係る関係式に用い、前記関係式から前記電線の上昇温度を算出する請求項1記載の電線保護方法。
- 前記電線の温度を推定する工程は、前記関係式として下式を用いて前記電線の上昇温度を算出する請求項2に記載の電線保護方法。
ΔTw(n)= ΔTw(n−1)×exp(−Δt/τw)+Rthw
×Rw(n−1)×I(n−1)2×(1−exp(−Δt/τw))
ここで、 I(n):検出n(1以上の整数)回目の検出通電電流値(A)
ΔTw(n):検出n回時での電線上昇温度(℃)
Rw(n)=Rw(0)×(1+κw×(Tw−To))
:検出n回時の電線抵抗(Ω)
Rw(0):温度Toでの電線抵抗(Ω)
Rthw:電線熱抵抗(℃/W)
τw:電線放熱時定数(s)
κw:電線抵抗温度係数(/℃)
Δt:所定時間(s)
Tw=基準温度+ΔTw(n)
:検出n回時の電線温度(℃) - 前記電線の温度を推定する工程は、前記関係式における前記Rw(n)を温度に依存しない一定値として、前記電線の上昇温度を算出する請求項3記載の電線保護方法。
- 前記所定の上限温度に対応する前記Rw(n)の値が、前記一定値とされる請求項4に記載の電線保護方法。
- 前記電線の温度を推定する工程は、前記基準温度を、前記電線が配設された場所の環境温度に応じて設定することを含む請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の電線保護方法。
- 前記基準温度は、前記電線が配設された場所の環境温度のうち最高温度の環境温度に設定される請求項6に記載の電線保護方法。
- 電源と負荷との間に設けられ、前記電源から前記負荷へ電力を供給するために用いられる電線を保護する装置であって、
前記電源から前記負荷への通電路に設けられ、前記負荷への電力供給をスイッチする半導体スイッ素子と、
前記半導体スイッ素子に流れる負荷への通電電流を所定時間毎に検出する電流検出回路と、
前記検出された通電電流を用いて前記電線の前記所定時間当たりの温度変化を算出し、前記電線の所定時間当たりの温度変化を用いて前記電線の上昇温度を算出し、該電線の上昇温度を基準温度に加算して前記電線の温度を推定する演算回路と、
前記推定された電線の温度が所定の上限温度未満かどうかを判定し、
前記推定された電線の温度が前記所定の上限温度未満であると判定した場合には、前記演算回路に、次の前記所定時間当たりの電線の温度変化を算出し、その算出された所定時間当たりの電線の温度変化を用いて新たに前記電線の上昇温度を算出し、該新たな電線の上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を新たに推定させ、
前記推定された電線の温度が前記所定の上限温度以上であると判定した場合には、前記半導体スイッ素子をオフして、前記電源から前記負荷への電力の供給を停止させる保護回路と
を備える電線保護装置。 - 前記演算回路は、前記検出された通電電流を前記電線の発熱と放熱に係る関係式に用い、前記関係式から前記電線の上昇温度を算出する請求項8記載の電線保護装置。
- 前記演算回路は、前記関係式として下式を用いて前記電線の上昇温度を算出する請求項9に記載の電線保護装置。
ΔTw(n)= ΔTw(n−1)×exp(−Δt/τw)+Rthw
×Rw(n−1)×I(n−1)2×(1−exp(−Δt/τw))
ここで、 I(n):検出n(1以上の整数)回目の検出通電電流値(A)
ΔTw(n):検出n回時での電線上昇温度(℃)
Rw(n)=Rw(0)×(1+κw×(Tw−To))
:検出n回時の電線抵抗(Ω)
Rw(0):温度Toでの電線抵抗(Ω)
Rthw:電線熱抵抗(℃/W)
τw:電線放熱時定数(s)
κw:電線抵抗温度係数(/℃)
Δt:所定時間(s)
Tw=基準温度+ΔTw(n)
:検出n回時の電線温度(℃) - 前記演算回路は、前記関係式における前記Rw(n)を温度に依存しない一定値として、前記電線の上昇温度を算出する、請求項10記載の電線保護装置。
- 前記所定の上限温度に対応する前記Rw(n)の値が、前記一定値とされる請求項11に記載の電線保護装置。
- 前記基準温度を、前記電線が配設された場所の環境温度に応じて設定する基準温度設定回路をさらに備える請求項8〜請求項12のいずれか一項に記載の電線保護装置。
- 前記基準温度設定回路は、前記基準温度を、前記電線が配設された場所の環境温度のうちの最高温度の環境温度に設定する請求項13に記載の電線保護装置。
- 前記通電電流を電圧に変換し、変換信号を生成する変換回路と、前記変換信号をフィルタリングするローパスフィルタとをさらに備え、前記ローパスフィルタの時定数は、前記所定時間より大きく、前記電線の放熱時定数より小さい請求項8〜請求項14のいずれか一項に記載の電線保護装置。
- 前記電線は、前記半導体スイッ素子から前記負荷まで間に配設される車両用のワイヤーハーネスであり、
前記演算回路および保護回路は、マイクロコンピュータとして構成される請求項8〜請求項15のいずれか一項に記載の電線保護装置。 - 前記演算回路および保護回路は、ハードウェアロジックによって構成される請求項8〜請求項15のいずれか一項に記載の電線保護装置。
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