JP2010177181A - ヒューズの温度推定方法及びヒューズ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電線に流れる電流値に基づき、実際のヒューズの温度上昇をシミュレートできるヒューズの温度推定方法の提供。
【解決手段】所定温度で溶断するヒューズエレメントＨｅと、ヒューズエレメントＨｅ及び電線を接続するヒューズフレームとを備えたヒューズの温度推定方法。ヒューズの周辺の温度と、ヒューズエレメントＨｅに流れる電流による発熱量Ｑ0 、ヒューズエレメントＨｅからヒューズフレームへの熱抵抗Ｒef、並びに熱抵抗Ｒef及びヒューズエレメントＨｅの熱容量Ｃe を乗算した温度上昇に係る時定数に基づき算出した温度上昇分と、発熱量Ｑ0 、ヒューズフレームから電線及び外気への合成熱抵抗Ｒf 、並びに合成熱抵抗Ｒf 及びヒューズフレームと電線と外気との合成熱容量Ｃf を乗算した温度上昇に係る時定数に基づき算出した温度上昇分とを加算して、ヒューズの温度を算出する。
【選択図】図３
【解決手段】所定温度で溶断するヒューズエレメントＨｅと、ヒューズエレメントＨｅ及び電線を接続するヒューズフレームとを備えたヒューズの温度推定方法。ヒューズの周辺の温度と、ヒューズエレメントＨｅに流れる電流による発熱量Ｑ0 、ヒューズエレメントＨｅからヒューズフレームへの熱抵抗Ｒef、並びに熱抵抗Ｒef及びヒューズエレメントＨｅの熱容量Ｃe を乗算した温度上昇に係る時定数に基づき算出した温度上昇分と、発熱量Ｑ0 、ヒューズフレームから電線及び外気への合成熱抵抗Ｒf 、並びに合成熱抵抗Ｒf 及びヒューズフレームと電線と外気との合成熱容量Ｃf を乗算した温度上昇に係る時定数に基づき算出した温度上昇分とを加算して、ヒューズの温度を算出する。
【選択図】図３
Description
本発明は、ヒューズエレメントと、ヒューズエレメント及び電線を接続するヒューズフレームとを備えたヒューズの温度推定方法、並びにこの温度推定方法により、電線に仮想接続されたヒューズの温度を推定し、推定した温度が所定温度を超えたときに、電線に流れる電流を遮断するヒューズ装置に関するものである。
特許文献１には、流出電流検知手段が電源線を通る流出電流の大きさを、流入電流検知手段が電源線を通る流入電流の大きさをそれぞれ検知し、異常検出手段が、流入電流が流出電流よりも小さいときに電源線の異常を検出する車両用電源供給装置が開示されている。
この車両用電源供給装置は、異常検出手段が電源線の異常を検出するに応じて、演算手段が、流出電流及び流入電流の差電流とサンプリング周期とに基づいてジュール積分量を求める。
この車両用電源供給装置は、異常検出手段が電源線の異常を検出するに応じて、演算手段が、流出電流及び流入電流の差電流とサンプリング周期とに基づいてジュール積分量を求める。
演算手段が求めたジュール積分量が、電源線に固有の発煙特性によって決定されるジュール積分値に安全率を乗じた所定値になったときに、制御手段が、電源線開閉手段を開制御するか、補助電源線を通じて電流を流出させる補助電源線開閉手段を閉制御する。
特許文献１に開示された車両用電源供給装置では、演算手段が求めたジュール積分量が所定値になったときに、電線が発煙する前に、電源線開閉手段を開制御するか補助電源線開閉手段を閉制御して、電流を遮断するか補助電源線へ分流させている。
ところが、ある電流値が継続的に流れた場合、実際のヒューズでは、ジュール熱の一部が外部へ放出されるので、時間の経過に従って温度が上昇して行くことになる。それに対して、上述した車両用電源供給装置のように、ヒューズに代えて、電源線開閉手段で電流を遮断する場合、ジュール熱の外部への放出分を考慮しないので、サンプリング周期より充分長い間隔でチャタリングショートが発生している場合、実際のヒューズより電流を遮断するのが早くなるという問題がある。
ところが、ある電流値が継続的に流れた場合、実際のヒューズでは、ジュール熱の一部が外部へ放出されるので、時間の経過に従って温度が上昇して行くことになる。それに対して、上述した車両用電源供給装置のように、ヒューズに代えて、電源線開閉手段で電流を遮断する場合、ジュール熱の外部への放出分を考慮しないので、サンプリング周期より充分長い間隔でチャタリングショートが発生している場合、実際のヒューズより電流を遮断するのが早くなるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、電線に流れる電流値に基づき、実際のヒューズの温度上昇をシミュレートできるヒューズの温度推定方法を提供することを目的とする。
第２，３発明では、第１発明に係るヒューズの温度推定方法により、電線に仮想接続されたヒューズの温度を推定できるヒューズ装置を提供することを目的とする。
第２，３発明では、第１発明に係るヒューズの温度推定方法により、電線に仮想接続されたヒューズの温度を推定できるヒューズ装置を提供することを目的とする。
第１発明に係るヒューズの温度推定方法は、所定温度に達したときに溶断するヒューズエレメントと、該ヒューズエレメント及び電線を接続する為のヒューズフレームとを備えたヒューズの温度推定方法であって、前記ヒューズの周辺の温度と、前記ヒューズエレメントに流れる電流による該ヒューズエレメントの発熱量、該ヒューズエレメントからヒューズフレームへの熱抵抗、並びに該熱抵抗及び前記ヒューズエレメントの熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第１の時定数に基づき算出した温度上昇分と、前記発熱量、前記ヒューズフレームから電線及び外気への合成熱抵抗、並びに該合成熱抵抗及び前記ヒューズフレームと電線と外気との合成熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第２の時定数に基づき算出した温度上昇分とを加算して、前記ヒューズの温度を算出することを特徴とする。
このヒューズの温度推定方法では、所定温度に達したときに溶断するヒューズエレメントと、ヒューズエレメント及び電線を接続する為のヒューズフレームとを備えたヒューズの温度を推定する。
先ず、ヒューズエレメントに流れる電流によるヒューズエレメントの発熱量、ヒューズエレメントからヒューズフレームへの熱抵抗、並びに熱抵抗及びヒューズエレメントの熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第１の時定数に基づく温度上昇分を算出する。
次に、ヒューズエレメントの発熱量、ヒューズフレームから電線及び外気への合成熱抵抗、並びにこの合成熱抵抗及びヒューズフレームと電線と外気との合成熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第２の時定数に基づく温度上昇分を算出する。
次に、ヒューズの周辺の温度と、算出した前記２つの温度上昇分とを加算して、ヒューズの温度を算出する。
先ず、ヒューズエレメントに流れる電流によるヒューズエレメントの発熱量、ヒューズエレメントからヒューズフレームへの熱抵抗、並びに熱抵抗及びヒューズエレメントの熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第１の時定数に基づく温度上昇分を算出する。
次に、ヒューズエレメントの発熱量、ヒューズフレームから電線及び外気への合成熱抵抗、並びにこの合成熱抵抗及びヒューズフレームと電線と外気との合成熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第２の時定数に基づく温度上昇分を算出する。
次に、ヒューズの周辺の温度と、算出した前記２つの温度上昇分とを加算して、ヒューズの温度を算出する。
第２発明に係るヒューズ装置は、その周辺の温度を検出する温度検出手段と、ヒューズが接続されたと仮想した電線に流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度、前記電流検出手段が検出した電流値、及び第１発明に係るヒューズの温度推定方法により、前記電線に接続されたと仮想したヒューズの温度を推定する推定手段と、該推定手段が推定した温度が所定温度を超えたか否かを判定する手段と、該手段が所定温度を超えたと判定したときに、前記電線に流れる電流を遮断する遮断手段とを備えることを特徴とする。
このヒューズ装置では、温度検出手段が、その周辺の温度を検出し、電流検出手段が、ヒューズが接続されたと仮想した電線に流れる電流値を検出する。温度検出手段が検出した温度、電流検出手段が検出した電流値、及び第１発明に係るヒューズの温度推定方法により、推定手段が、電線に接続されたと仮想したヒューズの温度を推定する。判定する手段が、推定手段が推定した温度が所定温度を超えたか否かを判定し、所定温度を超えたと判定したときに、遮断手段が、電線に流れる電流を遮断する。
第３発明に係るヒューズ装置は、前記遮断手段が前記電線に流れる電流を遮断してからの経過時間を計時する計時手段と、該計時手段が計時した時間が所定時間以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定時間以上であると判定したときに、前記推定手段が推定したヒューズの温度が、前記所定温度より低い第２温度より低いか否かを判定する手段とを備え、該手段が第２温度より低いと判定したときに、前記遮断手段が遮断状態から導通状態へ回復するように構成してあることを特徴とする。
このヒューズ装置では、電線に流れる電流を遮断してからの経過時間を計時し、計時した時間が所定時間以上であるか否かを判定する。所定時間以上であると判定したときに、推定手段が推定したヒューズの温度が、所定温度より低い第２温度より低いか否かを判定し、第２温度より低いと判定したときに、遮断状態から導通状態へ回復する。
第１発明に係るヒューズの温度推定方法によれば、電線に流れる電流値に基づき、実際のヒューズの温度上昇をシミュレートできるヒューズの温度推定方法を実現することができる。
第２，３発明に係るヒューズ装置によれば、第１発明に係るヒューズの温度推定方法により、電線に仮想接続されたヒューズの温度を推定できるヒューズ装置を実現することができる。
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るヒューズ装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
このヒューズ装置は、バッテリ等の電源３に接続された電線９が、スイッチ接点４及びＩＰＳ（Intelligent Power Switch）５を通じて、負荷８のプラス端子に接続され、負荷８のマイナス端子は接地されている。スイッチ接点４はスイッチ２のオン／オフ操作によりオン／オフされ、その操作情報はマイクロコンピュータ等で構成された制御部１に与えられる。
図１は、本発明に係るヒューズ装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
このヒューズ装置は、バッテリ等の電源３に接続された電線９が、スイッチ接点４及びＩＰＳ（Intelligent Power Switch）５を通じて、負荷８のプラス端子に接続され、負荷８のマイナス端子は接地されている。スイッチ接点４はスイッチ２のオン／オフ操作によりオン／オフされ、その操作情報はマイクロコンピュータ等で構成された制御部１に与えられる。
ＩＰＳ５には、電線９に流れる電流を検出する電流検出手段６が内蔵され、電流検出手段６が検出した電流値は制御部１に与えられる。電線９及びＩＰＳ５の周辺には、温度検出器７が設けられ、温度検出器７が検出した電線９及びＩＰＳ５周辺の温度値は制御部１に与えられる。
制御部１は、温度検出器７から与えられた温度値、及び電流検出手段６から与えられた電流値に基づき、ＩＰＳ５をオン／オフ制御する。
制御部１は、温度検出器７から与えられた温度値、及び電流検出手段６から与えられた電流値に基づき、ＩＰＳ５をオン／オフ制御する。
図２は、本発明に係るヒューズの温度推定方法が想定するヒューズの構成を模式的に示す模式図である。
このヒューズは、車両等で一般的に使用されているものであり、Ｕ字形に折り曲げられた線状のヒューズエレメント１１の両端部が、それぞれ棒状のヒューズフレーム１０ａの中間部に接続されている。２つのヒューズフレーム１０ａの各一端は、コネクタのオス部として形成されており、それぞれコネクタの鞘状のメス部として形成されたヒューズフレーム１０ｂに嵌入される。
このヒューズは、車両等で一般的に使用されているものであり、Ｕ字形に折り曲げられた線状のヒューズエレメント１１の両端部が、それぞれ棒状のヒューズフレーム１０ａの中間部に接続されている。２つのヒューズフレーム１０ａの各一端は、コネクタのオス部として形成されており、それぞれコネクタの鞘状のメス部として形成されたヒューズフレーム１０ｂに嵌入される。
ヒューズエレメント１１及び２つのヒューズフレーム１０ａは、２つのヒューズフレーム１０ａが略平行になるように、図示しない樹脂カバーに収納され、ヒューズの交換可能部分を構成している。２つのヒューズフレーム１０ｂは、それぞれ電線９が接続され、ヒューズフレーム１０ａがそれぞれ嵌合するように、図示しない樹脂カバーに収納されて、ヒューズの固定部分を構成している。
図２に示すようなヒューズ及び電線９に電流を流して、ヒューズエレメント１１の温度を測定すると、ヒューズエレメント１１の温度θ（ｔ）は、（１）式のように、短い時定数を有する一次遅れ式と長い時定数を有する一次遅れ式との和で表現できると推定された。
図２に示すようなヒューズ及び電線９に電流を流して、ヒューズエレメント１１の温度を測定すると、ヒューズエレメント１１の温度θ（ｔ）は、（１）式のように、短い時定数を有する一次遅れ式と長い時定数を有する一次遅れ式との和で表現できると推定された。
但し、Ｔａ（ｔ）；周辺の温度、ｒ（Ｔ）；Ｔ℃におけるヒューズエレメント１１の抵抗値、Ｉ（ｔ）；電流値、τ1 ；短い時定数、τ2 ；長い時定数、Ｒ1 ,Ｒ2 ；熱抵抗である。
図３は、図２に示すヒューズで、ヒューズエレメント１１に発生した熱の流れを電流に譬えて示す電気回路図である。
ここでは、ヒューズエレメント１１（Ｈｅ）に発生した熱量Ｑ0 及び熱量Ｑ0 からの移動熱量を電流量に、熱の伝え難さを示す熱抵抗を抵抗に、熱の容量をコンデンサにそれぞれ譬えている。
ヒューズエレメント１１から外気への熱抵抗を抵抗Ｒe 、ヒューズエレメント１１からヒューズフレーム１０ａ，１０ｂへの熱抵抗を抵抗Ｒef、ヒューズフレーム１０ａ，１０ｂから電線９及び外気への合成熱抵抗を抵抗Ｒf とする。また、ヒューズエレメント１１の熱容量をコンデンサＣe 、ヒューズフレーム１０ａ，１０ｂ、電線９及び外気の合成熱容量をコンデンサＣf とする。
ここでは、ヒューズエレメント１１（Ｈｅ）に発生した熱量Ｑ0 及び熱量Ｑ0 からの移動熱量を電流量に、熱の伝え難さを示す熱抵抗を抵抗に、熱の容量をコンデンサにそれぞれ譬えている。
ヒューズエレメント１１から外気への熱抵抗を抵抗Ｒe 、ヒューズエレメント１１からヒューズフレーム１０ａ，１０ｂへの熱抵抗を抵抗Ｒef、ヒューズフレーム１０ａ，１０ｂから電線９及び外気への合成熱抵抗を抵抗Ｒf とする。また、ヒューズエレメント１１の熱容量をコンデンサＣe 、ヒューズフレーム１０ａ，１０ｂ、電線９及び外気の合成熱容量をコンデンサＣf とする。
以上から、この電気回路図では、電流源Ｑ0 に、抵抗Ｒe とコンデンサＣe とが並列設続され、抵抗Ｒefと、並列接続された抵抗Ｒf 及びコンデンサＣf との直列回路が更に並列接続された構成とすることができる。
ここで、抵抗Ｒe に流れる電流量Ｑ1 、コンデンサＣe に流れる電流量Ｑ2 、抵抗Ｒefに流れる電流量Ｑ3 、抵抗Ｒf に流れる電流量Ｑ4 、コンデンサＣf に流れる電流量Ｑ5 とすると、（２）式及び（３）式の関係が成立する。また、抵抗Ｒe とコンデンサＣe とにかかる電圧が等しく、抵抗Ｒf とコンデンサＣf とにかかる電圧が等しいから、（４）式及び（５）式の関係が成立する。更に、抵抗Ｒe ，Ｒef，Ｒf にそれぞれ流れる電流量Ｑ1 ，Ｑ3 ，Ｑ4 の関係から、（６）式の関係が成立する。
ここで、抵抗Ｒe に流れる電流量Ｑ1 、コンデンサＣe に流れる電流量Ｑ2 、抵抗Ｒefに流れる電流量Ｑ3 、抵抗Ｒf に流れる電流量Ｑ4 、コンデンサＣf に流れる電流量Ｑ5 とすると、（２）式及び（３）式の関係が成立する。また、抵抗Ｒe とコンデンサＣe とにかかる電圧が等しく、抵抗Ｒf とコンデンサＣf とにかかる電圧が等しいから、（４）式及び（５）式の関係が成立する。更に、抵抗Ｒe ，Ｒef，Ｒf にそれぞれ流れる電流量Ｑ1 ，Ｑ3 ，Ｑ4 の関係から、（６）式の関係が成立する。
以下に、本発明に係るヒューズの温度推定方法の導出手順を、それを示す図４のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、（１）式に示すヒューズの温度式を作成する（Ｓ１）。
次に、（２）〜（６）式から、電流量Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ5 を消去して、（７）式の電流量Ｑ1 に関する微分方程式、及び（８）式の電流量Ｑ4 に関する微分方程式からなる連立微分方程式を作成して、（９）式に示すように行列表示する（Ｓ３）。
以下、必要に応じて、（９）式の行列表示された連立微分方程式の係数行列の各要素を、（１０）式に示すように、ａ，ｂ，ｃ，ｄで置換えて示す。
先ず、（１）式に示すヒューズの温度式を作成する（Ｓ１）。
次に、（２）〜（６）式から、電流量Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ5 を消去して、（７）式の電流量Ｑ1 に関する微分方程式、及び（８）式の電流量Ｑ4 に関する微分方程式からなる連立微分方程式を作成して、（９）式に示すように行列表示する（Ｓ３）。
以下、必要に応じて、（９）式の行列表示された連立微分方程式の係数行列の各要素を、（１０）式に示すように、ａ，ｂ，ｃ，ｄで置換えて示す。
（９）式の係数行列をＡとすると、その特性方程式ｄｅｔ（Ａ−λＩ）＝０である（１１）式を満たす固有値λが、（９）式を満たす時定数に関連する値となる（Ｉ；単位行列、ｄｅｔ；行列式）。固有値λは（１２）式に示すようになる（Ｓ５）。
（１２）式に示す固有値をλ1 ，λ2 とすると、その各列が、（９）式の定数行列を除いた斉次連立微分方程式の解である解核行列は、Ｒ（ｔ，ｓ）＝ｅｘｐ（Ａ（ｔ−ｓ））となる（ｔ，ｓは任意の実数）。この解核行列をラグランジュ補間式で表すと、（１３）式のようになる（Ｓ７）。
非斉次連立微分方程式である（９）式の解を、解核行列Ｒ（ｔ，ｓ）を使用して表し、ｓ＝０としたときの初期値を与えると、（１４）式のようになる（Ｓ９）。
（１４）式は、（１０）式のａ，ｂ，ｃ，ｄを使用すると、（１５）式に示すようになり、Ｑ1 ，Ｑ4 の初期値Ｑ1 init，Ｑ4 init＝０から、その右辺の第１項は消去される。
ここで、抵抗Ｒe が抵抗Ｒef，Ｒf に比べて充分大きいと仮定すると、（１２）式は、（１６）（１７）式のように近似させることができ、λ1 ＝−１／ＲefＣe 、λ2 ＝−１／Ｒf Ｃf とすることができる。
λ2 −λ1 は（１８）式のように近似させることができる。
λ2 −ａは（１９）式のように近似させることができる。
ａ−λ1 は（２０）式のように近似させることができる。
（１５）式からＱ1 は（２１）式のように表される。
ヒューズエレメント１１の温度θ（ｔ）＝Ｑ1 Ｒe 、ｒ（Ｔ）Ｉ（ｔ）2 ＝Ｑ0 の関係から、（１）（２１）式の係数を比較すると、Ｒ1 ＝−（λ2 −ａ）／（λ2 −λ1 ）λ1 Ｃe 、Ｒ2 ＝−（ａ−λ1 ）／（λ2 −λ1 ）λ2 Ｃe となる。これらを（１６）〜（２０）式を使用して近似させると（２２）式、（２３）式のようになり、熱抵抗は、Ｒ1 ≒Ｒef，Ｒ2 ≒Ｒf のように近似させることができる（Ｓ１１）。また、熱抵抗Ｒe 、熱容量Ｃe ，Ｃf は求めなくても良いことが分かる。
尚、（１）（２１）式の係数比較から、λ1 ｔ＝−ｔ／τ1 、λ2 ｔ＝−ｔ／τ2 である。また、（１６）（１７）式から、τ1 ＝ＲefＣe 、τ2 ＝Ｒf Ｃf とすることができる。
尚、（１）（２１）式の係数比較から、λ1 ｔ＝−ｔ／τ1 、λ2 ｔ＝−ｔ／τ2 である。また、（１６）（１７）式から、τ1 ＝ＲefＣe 、τ2 ＝Ｒf Ｃf とすることができる。
従って、Ｒ1 ≒Ｒef，Ｒ2 ≒Ｒf より、（１）式は（２４）式とすることができる。
次に、想定したヒューズのヒューズエレメント１１からヒューズフレーム１０ａ，１０ｂへの熱抵抗Ｒef、並びにヒューズフレーム１０ａ，１０ｂから電線９及び外気への合成熱抵抗Ｒf を算出する。また、ヒューズエレメント１１の熱容量Ｃe 、並びにヒューズフレーム１０ａ，１０ｂ、電線９及び外気の合成熱容量Ｃf を算出する（Ｓ１３）。
熱抵抗Ｒefは、実験で得たデータから算出する。
合成熱抵抗Ｒf は、実験で得たデータ、又は電線への熱抵抗として（外気その他への熱抵抗は充分大きい）ＪＡＳＯ（自動車技術協会）規格の電線の導体／被覆の外径データから算出する。
熱抵抗Ｒefは、実験で得たデータから算出する。
合成熱抵抗Ｒf は、実験で得たデータ、又は電線への熱抵抗として（外気その他への熱抵抗は充分大きい）ＪＡＳＯ（自動車技術協会）規格の電線の導体／被覆の外径データから算出する。
熱容量Ｃe は、ヒューズエレメント１１の材料（亜鉛合金）の比熱（例えば０．３８５Ｊ／ｇＫ）と、ヒューズエレメント１１の重さ（ｇ）とを乗算する。
合成熱容量Ｃf は、電線の熱容量として（外気その他の熱容量は充分小さい）ＪＡＳＯ（自動車技術協会）規格の電線の導体／被覆の質量及び比熱のデータから算出する。
合成熱容量Ｃf は、電線の熱容量として（外気その他の熱容量は充分小さい）ＪＡＳＯ（自動車技術協会）規格の電線の導体／被覆の質量及び比熱のデータから算出する。
次に、算出した熱抵抗Ｒef、合成熱抵抗Ｒf 、熱容量Ｃe 及び合成熱容量Ｃf を（２４）式に適用して温度式を完成する（Ｓ１５）。但し、τ1 ＝ＲefＣe 、τ2 ＝Ｒf Ｃf である。
（２４）式の周辺の温度Ｔａ（ｔ）には、温度検出器７（図１）が検出した温度を使用し、ヒューズエレメント１１に流れる電流Ｉ（ｔ）には、電流検出手段６（図１）が検出した電流値を使用する。ヒューズエレメント１１の抵抗値ｒ（Ｔ）は、電流を遮断するときの温度における抵抗値を使用する。
（２４）式の周辺の温度Ｔａ（ｔ）には、温度検出器７（図１）が検出した温度を使用し、ヒューズエレメント１１に流れる電流Ｉ（ｔ）には、電流検出手段６（図１）が検出した電流値を使用する。ヒューズエレメント１１の抵抗値ｒ（Ｔ）は、電流を遮断するときの温度における抵抗値を使用する。
完成した温度式（２４）では、電流が継続的に流れた場合に、ヒューズで発生したジュール熱の一部が外部へ放出され、時間の経過に従ってヒューズの温度が上昇して行くことを考慮しているので、実際のヒューズの温度上昇の推移に合わせて、電流を遮断することが可能になる。
ヒューズ装置の制御部１（図１）には、（２４）式を離散化した（２５）〜（２８）式を記憶させておき、ＩＰＳ５のオン／オフ制御の為の温度算出に使用する。尚、（２５）（２６）式におけるΔｔは、制御部１のサンプリング周期を表す。
ヒューズ装置の制御部１（図１）には、（２４）式を離散化した（２５）〜（２８）式を記憶させておき、ＩＰＳ５のオン／オフ制御の為の温度算出に使用する。尚、（２５）（２６）式におけるΔｔは、制御部１のサンプリング周期を表す。
図５は、定格２０Ａのヒューズを断面積３ｍｍ2 （３ｓｑ）の電線に接続して、電流を流した場合の温度推移と、同様の想定による本発明に係るヒューズ装置が推定した温度推移とを示すグラフである。
図５（ａ）では、先ず、定格２０Ａのヒューズの合成熱抵抗Ｒf 、熱抵抗Ｒef、熱容量Ｃe 、及び合成熱容量Ｃf を実測又は実験により求める。
図５（ａ）では、先ず、定格２０Ａのヒューズの合成熱抵抗Ｒf 、熱抵抗Ｒef、熱容量Ｃe 、及び合成熱容量Ｃf を実測又は実験により求める。
電線の導体／被覆の外径データから算出して、合成熱抵抗Ｒf ＝２９．０（Ｋ／Ｗ）を得た。
実験で得たデータから算出して、熱抵抗Ｒef＝６２（Ｋ／Ｗ）を得た。
ヒューズエレメントの比熱及び重さを乗算して、熱容量Ｃe ＝０．００７１２（Ｊ／ｇＫ）を得た。
電線の導体／被覆の質量及び比熱のデータから算出して、合成熱容量Ｃf ＝３．２９（Ｊ／ｇＫ）を得た。
尚、ここでは、電線の長さは１４ｃｍとした。
実験で得たデータから算出して、熱抵抗Ｒef＝６２（Ｋ／Ｗ）を得た。
ヒューズエレメントの比熱及び重さを乗算して、熱容量Ｃe ＝０．００７１２（Ｊ／ｇＫ）を得た。
電線の導体／被覆の質量及び比熱のデータから算出して、合成熱容量Ｃf ＝３．２９（Ｊ／ｇＫ）を得た。
尚、ここでは、電線の長さは１４ｃｍとした。
次に、定格２０Ａのヒューズに２０Ａの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、（２５）〜（２８）式に、最初は上記のＲf ，Ｒef，Ｃe ，Ｃf の各値を適用して温度推移を算出し、上記の定格２０Ａのヒューズエレメントの温度推移に近くなるように、特に溶断迄の時間が一致するように、Ｒf ，Ｒef，Ｃe ，Ｃf の各値を調整しながら温度推移を算出した。尚、上述したように、τ1 ＝ＲefＣe 、τ2 ＝Ｒf Ｃf である。
以上から、図５（ａ）に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置（（２５）〜（２８）式）における時定数は、τ1 ＝０．８（ｓ）、τ2 ＝１１４．６（ｓ）、熱抵抗は、Ｒef＝６３．６（Ｋ／Ｗ）、Ｒf ＝２４．１（Ｋ／Ｗ）となった。
また、ここでは、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１４ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
また、ここでは、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１４ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
図５（ｂ）では、合成熱抵抗Ｒf ＝２９．０（Ｋ／Ｗ）、熱抵抗Ｒef＝６２（Ｋ／Ｗ）、熱容量Ｃe ＝０．００７１２（Ｊ／ｇＫ）、合成熱容量Ｃf ＝３．２９（Ｊ／ｇＫ）、電線の長さ１４ｃｍは、図５（ａ）の場合と同様である。
ここでは、定格２０Ａのヒューズに２４Ａの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ，Ｒef，Ｃe ，Ｃf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
ここでは、定格２０Ａのヒューズに２４Ａの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ，Ｒef，Ｃe ，Ｃf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
以上から、図５（ｂ）に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置（（２５）〜（２８）式）における時定数は、τ1 ＝０．８（ｓ）、τ2 ＝１１６．４（ｓ）、熱抵抗は、Ｒef＝６３．６（Ｋ／Ｗ）、Ｒf ＝２４．８（Ｋ／Ｗ）となった。
また、ここでも、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１４ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
また、ここでも、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１４ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
図６は、定格２０Ａのヒューズを断面積５ｍｍ2 （５ｓｑ）の電線に接続して、電流を流した場合の温度推移と、同様の想定による本発明に係るヒューズ装置が推定した温度推移とを示すグラフである。
図６（ａ）では、先ず、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ＝１９．７（Ｋ／Ｗ）、熱抵抗Ｒef＝６３（Ｋ／Ｗ）、熱容量Ｃe ＝０．００７１２（Ｊ／ｇＫ）、合成熱容量Ｃf ＝６．３９（Ｊ／ｇＫ）を得た。
尚、ここでは、電線の長さは１８ｃｍとした。
図６（ａ）では、先ず、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ＝１９．７（Ｋ／Ｗ）、熱抵抗Ｒef＝６３（Ｋ／Ｗ）、熱容量Ｃe ＝０．００７１２（Ｊ／ｇＫ）、合成熱容量Ｃf ＝６．３９（Ｊ／ｇＫ）を得た。
尚、ここでは、電線の長さは１８ｃｍとした。
次に、定格２０Ａのヒューズに２０Ａの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ，Ｒef，Ｃe ，Ｃf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
以上から、図６（ａ）に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置（（２５）〜（２８）式）における時定数は、τ1 ＝０．８（ｓ）、τ2 ＝１３０（ｓ）、熱抵抗は、Ｒef＝６４．３（Ｋ／Ｗ）、Ｒf ＝２１．０（Ｋ／Ｗ）となった。
また、ここでは、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１８ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
また、ここでは、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１８ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
図６（ｂ）では、合成熱抵抗Ｒf ＝１９．７（Ｋ／Ｗ）、熱抵抗Ｒef＝６３（Ｋ／Ｗ）、熱容量Ｃe ＝０．００７１２（Ｊ／ｇＫ）、合成熱容量Ｃf ＝６．３９（Ｊ／ｇＫ）、電線の長さ１８ｃｍは、図６（ａ）の場合と同様である。
ここでは、定格２０Ａのヒューズに２４Ａの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ，Ｒef，Ｃe ，Ｃf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
ここでは、定格２０Ａのヒューズに２４Ａの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ，Ｒef，Ｃe ，Ｃf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
以上から、図６（ｂ）に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置（（２５）〜（２８）式）における時定数は、τ1 ＝１（ｓ）、τ2 ＝１３４（ｓ）、熱抵抗は、Ｒef＝６３．７（Ｋ／Ｗ）、Ｒf ＝２１．５（Ｋ／Ｗ）となった。
また、ここでも、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１８ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
また、ここでも、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１８ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
図７は、定格３０Ａのヒューズを断面積５ｍｍ2 （５ｓｑ）の電線に接続して、電流を流した場合の温度推移と、同様の想定による本発明に係るヒューズ装置が推定した温度推移とを示すグラフである。
図７では、先ず、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ＝２２．２（Ｋ／Ｗ）、熱抵抗Ｒef＝４６（Ｋ／Ｗ）、熱容量Ｃe ＝０．００９６６（Ｊ／ｇＫ）、合成熱容量Ｃf ＝５．６８（Ｊ／ｇＫ）を得た。
尚、ここでは、電線の長さは１６ｃｍとした。
図７では、先ず、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ＝２２．２（Ｋ／Ｗ）、熱抵抗Ｒef＝４６（Ｋ／Ｗ）、熱容量Ｃe ＝０．００９６６（Ｊ／ｇＫ）、合成熱容量Ｃf ＝５．６８（Ｊ／ｇＫ）を得た。
尚、ここでは、電線の長さは１６ｃｍとした。
次に、定格３０Ａのヒューズに３０Ａの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図５（ａ）の場合と同様にして、Ｒf ，Ｒef，Ｃe ，Ｃf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
以上から、図７に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置（（２５）〜（２８）式）における時定数は、τ1 ＝１．６（ｓ）、τ2 ＝１１１（ｓ）、熱抵抗は、Ｒef＝４６．０（Ｋ／Ｗ）、Ｒf ＝２３．０（Ｋ／Ｗ）となった。
また、ここでは、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１６ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
また、ここでは、ヒューズの温度式（２４）（２５）〜（２８）に適用する電線の長さを１６ｃｍとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Ｒf ，Ｒef，τ1 ，τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
以下に、本発明に係るヒューズ装置の実施の形態（図１）の動作を、それを示す図８のフローチャートを参照しながら説明する。
このヒューズ装置の制御部１は、先ず、フラグＦをリセット（＝０）した（Ｓ２１）後、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得し（Ｓ２３）、電流検出手段６が検出した電流値を取得する（Ｓ２５）。次いで、スイッチ２のオン／オフ情報を取得する（Ｓ２７）。
このヒューズ装置の制御部１は、先ず、フラグＦをリセット（＝０）した（Ｓ２１）後、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得し（Ｓ２３）、電流検出手段６が検出した電流値を取得する（Ｓ２５）。次いで、スイッチ２のオン／オフ情報を取得する（Ｓ２７）。
次に、制御部１は、前回（ｎ−１）取得した温度値及び電流値、前回（ｎ−１）算出した温度値、並びに今回（ｎ）取得した温度値及び電流値を使用して、（２５）〜（２８）式を演算し、ヒューズの推定温度を算出する（Ｓ２９）。次いで、フラグＦがリセット（＝０）状態であるか否かを判定し（Ｓ３１）、リセット状態であれば、算出したヒューズの推定温度が、ヒューズ温度の上限閾値（所定温度）を超えているか否かを判定する（Ｓ３３）。
制御部１は、算出したヒューズの推定温度が、ヒューズ温度の上限閾値を超えていなければ（Ｓ３３）、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得する（Ｓ２３）。算出したヒューズの推定温度が、ヒューズ温度の上限閾値を超えていれば（Ｓ３３）、ＩＰＳ５をオフにする（Ｓ３５）。次いで、計時を開始し（Ｓ３７）、フラグをセット（＝１）した（Ｓ３９）後、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得する（Ｓ２３）。
制御部１は、フラグＦがリセット状態でなければ（Ｓ３１）、スイッチ２のオン／オフ情報がオンであるか否かを判定し（Ｓ４１）、オン／オフ情報がオンでなければ、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得する（Ｓ２３）。
制御部１は、スイッチ２のオン／オフ情報がオンであれば（Ｓ４１）、計時時間が、例えば（２４）式の長い方の時定数（（２６）式の時定数）τ2 の３倍以上であるか否かを判定する（Ｓ４３）。計時時間が３τ2 以上でなければ、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得する（Ｓ２３）。
制御部１は、スイッチ２のオン／オフ情報がオンであれば（Ｓ４１）、計時時間が、例えば（２４）式の長い方の時定数（（２６）式の時定数）τ2 の３倍以上であるか否かを判定する（Ｓ４３）。計時時間が３τ2 以上でなければ、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得する（Ｓ２３）。
制御部１は、計時時間が３τ2 以上であれば（Ｓ４３）、算出したヒューズ推定温度（Ｓ２９）が、ヒューズ温度の上限閾値より低い第２温度より低いか否かを判定する（Ｓ４５）。ヒューズ推定温度が第２温度より低くなければ、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得する（Ｓ２３）。
制御部１は、ヒューズ推定温度が第２温度より低ければ（Ｓ４５）、ＩＰＳ５をオンにする（Ｓ４７）。次いで、フラグをリセット（＝０）し（Ｓ４９）、計時を終了してリセットした（Ｓ５１）後、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得する（Ｓ２３）。
制御部１は、ヒューズ推定温度が第２温度より低ければ（Ｓ４５）、ＩＰＳ５をオンにする（Ｓ４７）。次いで、フラグをリセット（＝０）し（Ｓ４９）、計時を終了してリセットした（Ｓ５１）後、温度検出器７が検出した周辺の温度の値を取得する（Ｓ２３）。
尚、上述した実施の形態では、ヒューズの合成熱抵抗Ｒf 、熱抵抗Ｒef、時定数τ1 ，τ2 を実測又は実験により求めているが、図９に示すようなヒューズの溶断特性のデータからも算出することが可能である。図９に示すヒューズの溶断特性は、常温（２０℃）において、２０Ａの実ヒューズに流れる電流値と、その電流値の流れ始めからヒューズ溶断までの時間とを対応させている。
ここで、亜鉛の溶断温度４２０℃を限界値とすると、（２４）式において、θ（ｔ）＝４２０である。また、ヒューズエレメントについては、温度は４２０℃に収束しているものとすると、τ1 →０であり、（２４）式のヒューズエレメントの温度上昇分を示す項は、（２９）式に示すようになる。
ここで、亜鉛の溶断温度４２０℃を限界値とすると、（２４）式において、θ（ｔ）＝４２０である。また、ヒューズエレメントについては、温度は４２０℃に収束しているものとすると、τ1 →０であり、（２４）式のヒューズエレメントの温度上昇分を示す項は、（２９）式に示すようになる。
（２４）式に、θ（ｔ）＝４２０、（２９）式を代入し移項すると、（３０）式となる。（３０）式から溶断時間ｔを求めると、（３１）式に示すようになる。但し、ここでは、周辺の温度Ｔａ（ｔ）＝２０（℃）（常温）である。また、４２０℃における２０Ａヒューズエレメントの抵抗値ｒ（４２０）＝０．００７（Ω）は既知とする。
ところで、上述したように、時定数τ2 ＝Ｒf Ｃf であるから、τ2 は、電線の太さ（既知）から求めることができる(長さが何ｃｍであろうが、熱抵抗と熱容量の積は太さが決まれば一定である)。ここでは、例えばτ2 ＝９５（ｓ）が求められたとする。
（３１）式のＩ，ｔに、ヒューズの溶断特性（図９）から任意に抽出した２点の各電流値及び溶断までの時間をそれぞれ代入して、変数Ｒf ，Ｒefの２元連立方程式を作成する。次いで、この２元連立方程式を解くと、例えばＲf ＝２５（Ｋ／Ｗ），Ｒef＝６２（Ｋ／Ｗ）が求められる。
求めたＲf ＝２５（Ｋ／Ｗ），Ｒef＝６２（Ｋ／Ｗ），τ2 ＝９５（ｓ）を（３１）式に適用し、改めて任意の電流値Ｉを代入すると、図９の「温度モデル」の溶断特性を得ることができる。
（３１）式のＩ，ｔに、ヒューズの溶断特性（図９）から任意に抽出した２点の各電流値及び溶断までの時間をそれぞれ代入して、変数Ｒf ，Ｒefの２元連立方程式を作成する。次いで、この２元連立方程式を解くと、例えばＲf ＝２５（Ｋ／Ｗ），Ｒef＝６２（Ｋ／Ｗ）が求められる。
求めたＲf ＝２５（Ｋ／Ｗ），Ｒef＝６２（Ｋ／Ｗ），τ2 ＝９５（ｓ）を（３１）式に適用し、改めて任意の電流値Ｉを代入すると、図９の「温度モデル」の溶断特性を得ることができる。
また、図９に示すようなヒューズの溶断特性のデータから数点を抽出して、最小二乗法により「温度モデル」の溶断特性を得ることもできる。
ヒューズ溶断特性のデータは、ヒューズ毎に備わっているので、それらのデータからＲf ，Ｒefを求めることができる。データからＲf ，Ｒefを求めることができれば、わざわざ実測又は実験により求める必要はなくなる。
ヒューズ溶断特性のデータは、ヒューズ毎に備わっているので、それらのデータからＲf ，Ｒefを求めることができる。データからＲf ，Ｒefを求めることができれば、わざわざ実測又は実験により求める必要はなくなる。
１ 制御部
２ スイッチ
３ 電源
４ スイッチ接点
５ ＩＰＳ
６ 電流検出手段
７ 温度検出器
８ 負荷
９ 電線
１０ａ，１０ｂ ヒューズフレーム
１１ ヒューズエレメント
Ｃe 熱容量（コンデンサ）
Ｃf 合成熱容量（コンデンサ）
Ｒef 熱抵抗（抵抗）
Ｒf 合成熱抵抗（抵抗）
２ スイッチ
３ 電源
４ スイッチ接点
５ ＩＰＳ
６ 電流検出手段
７ 温度検出器
８ 負荷
９ 電線
１０ａ，１０ｂ ヒューズフレーム
１１ ヒューズエレメント
Ｃe 熱容量（コンデンサ）
Ｃf 合成熱容量（コンデンサ）
Ｒef 熱抵抗（抵抗）
Ｒf 合成熱抵抗（抵抗）
Claims (3)
- 所定温度に達したときに溶断するヒューズエレメントと、該ヒューズエレメント及び電線を接続する為のヒューズフレームとを備えたヒューズの温度推定方法であって、
前記ヒューズの周辺の温度と、
前記ヒューズエレメントに流れる電流による該ヒューズエレメントの発熱量、該ヒューズエレメントからヒューズフレームへの熱抵抗、並びに該熱抵抗及び前記ヒューズエレメントの熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第１の時定数に基づき算出した温度上昇分と、
前記発熱量、前記ヒューズフレームから電線及び外気への合成熱抵抗、並びに該合成熱抵抗及び前記ヒューズフレームと電線と外気との合成熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第２の時定数に基づき算出した温度上昇分とを加算して、前記ヒューズの温度を算出することを特徴とするヒューズの温度推定方法。 - その周辺の温度を検出する温度検出手段と、ヒューズが接続されたと仮想した電線に流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度、前記電流検出手段が検出した電流値、及び請求項１に記載されたヒューズの温度推定方法により、前記電線に接続されたと仮想したヒューズの温度を推定する推定手段と、該推定手段が推定した温度が所定温度を超えたか否かを判定する手段と、該手段が所定温度を超えたと判定したときに、前記電線に流れる電流を遮断する遮断手段とを備えることを特徴とするヒューズ装置。
- 前記遮断手段が前記電線に流れる電流を遮断してからの経過時間を計時する計時手段と、該計時手段が計時した時間が所定時間以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定時間以上であると判定したときに、前記推定手段が推定したヒューズの温度が、前記所定温度より低い第２温度より低いか否かを判定する手段とを備え、該手段が第２温度より低いと判定したときに、前記遮断手段が遮断状態から導通状態へ回復するように構成してある請求項２記載のヒューズ装置。
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