JP2009247047A - 負荷回路の保護装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】負荷回路に用いられる電線の許容温度よりも低い温度に閾値温度を設定する。そして、周囲温度、負荷電流、及び負荷電流が流れる時間に基づいて、電線温度を推定し、推定した温度が閾値温度に達した場合に、半導体リレーS1を遮断する。その結果、過電流の発生等に起因して電線温度が上昇した場合には、電線温度が許容温度に達する前の時点で確実に回路を保護することができる。このため、従来より使用しているフューズが不要となる。
【選択図】図2
Description
T2=T1+I22rR{exp(−t/C・R)} …(2)
但し、T1は周囲温度[℃]、T2は電線の推定温度[℃]、I1,I2は通電電流[A]、rは電線導体抵抗[Ω]、Rは熱抵抗[℃/W]、Cは熱容量[J/℃]、tは時間[sec]。
T2=T1+I22rR{exp(−t/C・R)} …(2)
(1)、(2)式において、T1は周囲温度[℃]、T2は電線の推定温度[℃]、I1,I2は通電電流[A]、rは電線導体抵抗[Ω]、Rは熱抵抗[℃/W]、Cは熱容量[J/℃]、tは時間[sec]である。なお、上記の周囲温度T1は、回路が設けられる環境に基づく雰囲気温度を代入する方法、または、温度計(図示省略)を設置し、該温度計で検出される温度を代入する方法等を用いることができる。
図12(a)は一定電流(40[A])で電線温度が飽和し、その後電流が遮断されて放熱する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図12(b)は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のT0で(状態P1)、電線に40[A]の電流が流れると、電線温度は、温度T0から徐々に上昇し(状態P2)、時刻tx=t1で電流40[A]の飽和温度T40maxに達する。即ち、上述した(1)式の右辺の周囲温度T1にT0を代入し、電流I1に40[A]を代入し、時間tにt1を代入すると、発熱による電線の推定温度T2は、図12(a)に示す曲線で上昇して時刻t1で飽和温度T40maxに達することになる。
図13(a)は一定電流(40[A])で電線温度が上昇し、電線温度が飽和温度T40maxに達する前の過渡状態で電流が遮断されて放熱する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図13(b)は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のT0で(状態P11)、電線に40[A]の電流が流れると、電線温度は、温度T0から徐々に上昇する(状態P12)。そして、時刻txで電流40[A]の通電を遮断した場合、即ち、40[A]の通電による飽和温度T40maxに達する前の過渡温度で電流が遮断された場合には、このときの発熱による温度Txを求め、この温度Txが飽和温度となる電流値I2を逆算出する(状態P13)。例えば、時刻txでの電線温度Txが電流30[A]が流れたときの飽和温度T30maxであった場合には、(2)式の右辺の電流I2に30[A]を代入し、更に、T1に周囲温度を代入し、経過時間tを代入することにより、放熱による電線の推定温度T2が求められる(状態P14)。
図14(a)は第1電流(例えば30[A])により電線温度が飽和温度に達し、更に、第1電流よりも大きい第2電流(例えば40[A])により電線温度が飽和温度に達する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図14(b)は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のT0で(状態P21)、電線に30[A]の電流が流れると、電線温度Txは、温度T0から徐々に上昇し(状態P22)、時刻t1で飽和温度T30maxに達する(状態P23)。
図15(a)は第1電流(例えば30[A])により電線温度が上昇し、この第1電流による飽和温度T30maxに達する前に、第1電流よりも大きい第2電流(例えば40[A])に変更されて、この第2電流の飽和温度T40maxに達する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図15(b)は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のT0で(状態P31)、電線に30[A]の電流が流れると、電線温度Txは温度T0から徐々に上昇する(状態P32)。そして、時刻txで電線温度がTxとなったときに電流が40[A]に変更されると、当初から40[A]の電流が流れて電線温度がTxとなったものと仮定した場合の経過時間t3を逆算する(状態P33)。そして、(1)式の右辺の電流I1に40[A]を代入し、且つ、時間tに前記t3を代入して、時刻t2となるまでの推定温度T2を求める(再度、状態P32)。そして、時刻t2となると電線温度は40[A]の飽和温度T40maxに達する(状態P34)。
図16(a)は第1電流(例えば40[A])により電線温度が第1電流の飽和温度T40maxに達し、更に、第1電流よりも小さい第2電流(例えば30[A])により電線温度が第2電流の飽和温度T30maxまで低下する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図16(b)は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のT0で(状態P41)、電線に40[A]の電流が流れると、電線温度Txは温度T0から徐々に上昇し(状態P42)、時刻t1で飽和温度T40maxに達する(状態P43)。
図17(a)は第1電流(例えば40[A])により電線温度が上昇し、第1電流の飽和温度T40maxに達する前の温度Txとなったときに、第1電流よりも小さい第2電流(例えば30[A])に変更されて、電線温度が低下して第2電流の飽和温度T30maxに達する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図17(b)は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のT0で(状態P51)、電線に40[A]の電流が流れると、電線温度Txは温度T0から徐々に上昇する(状態P52)。そして、時刻txで電線温度がTxとなったときに電流が30[A]に変更されると、温度Txと30[A]の電流が流れたときの飽和温度T30maxとの差分ΔT(ΔT=Tx−T30max)を求め、この温度ΔTで飽和する電流値I2を算出する(状態P53)。その結果、例えば、I2=5[A]となった場合には、(2)式の右辺のI2に電流5[A]を代入して放熱による電線の推定温度T2を求める(状態P54)。その後、時間t2が経過すると、電線温度は30[A]通電時の飽和温度T30maxに達する(状態P55)。
12 ECU
13 J/B(ジャンクションボックス)
14 制御IC
15 制御部
16 スイッチ回路
161 制御回路(温度推定手段、遮断制御手段)
162 タイマ
163 電流計(電流検出手段)
VB バッテリ
S1 半導体リレー(スイッチ手段)
Claims (5)
- 電源より出力される電力を負荷に供給して駆動する負荷回路の電線温度が上昇した際に、前記負荷回路を遮断する負荷回路の保護装置において、
経過時間を計時するタイマと、
下流側の電線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記負荷回路の接続、遮断を切り換えるスイッチ手段と、
前記負荷回路に用いられる電線の熱容量よりも小さい疑似熱容量、及び前記電線の熱抵抗よりも大きい疑似熱抵抗が設定され、電線の熱容量と熱抵抗を用いて電線温度を算出する演算式に、前記疑似熱容量及び前記疑似熱抵抗を代入した疑似演算式を有し、前記電流検出手段で検出される電流値と、前記タイマで計時される経過時間とに基づき、前記疑似演算式を用いて前記電線の温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段で推定される電線温度が前記電線の許容温度に達した場合に、前記スイッチ手段を遮断する遮断制御手段と、
を備えたことを特徴とする負荷回路の保護装置。 - 前記遮断制御手段は、前記スイッチ手段を遮断した後、前記温度推定手段により推定される温度が周囲温度以下に低下した場合に、前記スイッチ手段を接続可能状態にすることを特徴とする請求項1に記載の負荷回路の保護装置。
- 前記疑似演算式に基づく電流・遮断時間特性は、前記負荷回路に用いられる電線径よりも1ランク細い電線径の電流・遮断時間特性よりも低くなるように、前記疑似熱抵抗、及び前記疑似熱容量が設定されることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の負荷回路の保護装置。
- 前記疑似演算式に基づく電流・遮断時間特性は、前記負荷回路に用いられる電線を保護するために使用するフューズの最低の電流・遮断時間特性と、最高の電流・遮断時間特性との間となるように、前記疑似熱抵抗、及び前記疑似熱容量が設定されることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の負荷回路の保護装置。
- 前記電線温度を算出する演算式は、発熱時が下記(1)式であり、放熱時が下記(2)式であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の負荷回路の保護装置。
T2=T1+I12rR{1−exp(−t/C・R)} …(1)
T2=T1+I22rR{exp(−t/C・R)} …(2)
但し、T1は周囲温度[℃]、T2は電線の推定温度[℃]、I1,I2は通電電流[A]、rは電線導体抵抗[Ω]、Rは熱抵抗[℃/W]、Cは熱容量[J/℃]、tは時間[sec]。
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