JP2013169113A - 車両用電線保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで電線の温度を高速に算出して電線を保護することが可能な車両用電線保護装置を提供する。
【解決手段】車両用電線保護装置１００では、演算処理の負荷をできるだけ低減するために、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｎ−１）及びケース温度Ｔｃ（ｎ−１）をパラメータとして加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）の算出を事前に行っておき、これを発熱データ配列としてメモリ部１４０に保存させている。また、残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）についても、前回周期の温度上昇値ΔＴｗ（ｎ−１）をパラメータとして事前に算出しておき、その結果を放熱データ配列としてメモリ部１４０に格納している。電線温度演算部１３０は、発熱データ配列及び放熱データ配列から加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）及び残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）を読み込んで電線３０の温度Ｔｗを推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載された電源から負荷に電力を供給するのに用いられる電線を保護する車両用電線保護装置に関する。

自動車には、ヘッドライト等の電装品（負荷）が多数装荷されており、これらの負荷に電力を供給するための電源（バッテリ）が搭載されている。各負荷への電力供給をオン／オフするためのスイッチが電源と負荷との間に設けられており、該スイッチを挟んで各負荷と電源との間が電線（車両用ワイヤーハーネス）で接続されている。スイッチとして、近年は半導体スイッチ素子（ＦＥＴ）が用いられている。

車両内に配索された電線は、経年劣化や自動車の振動による磨耗などにより内部の芯線が露出すると、車体などと接触してショートするおそれがある。このようなショートが発生すると、電線に大電流が流れて加熱され、被覆が発煙するおそれがある。そこで、このような電線の過熱を防止するために、電線保護手段が設けられている。従来の電線保護手段には、過熱すると溶断して通電を遮断する熱ヒューズが用いられていた。

しかしながら、自動車に搭載される電装品の増加に伴って熱ヒューズを設置するためのスペースの確保が困難になってきている。また、溶断後の復帰には新しい熱ヒューズへの取替えが必要となり、メンテナンスが煩雑であった。また、ヘッドランプ等の突入電流の大きな負荷に繰り返し通電すると、熱ヒューズの劣化が進んで溶断時間が短くなるといった課題がある。さらに、熱ヒューズに対し正常動作時は溶断してはならないといった制約がある。熱ヒューズは、初期バラツキや温度依存性等により溶断時間が異なることから、上記の制約を遵守するためにある程度電流容量の大きな熱ヒューズを使用する必要があった。それに伴い、電線も発煙電流の大きな太めのものを使用しなければならないといった課題があった。

そこで、熱ヒューズを用いずに電線の過熱を検知してこれを保護する技術として、例えば、特許文献１、２に記載の技術が開示されている。特許文献１には、各負荷の電気特性データ、稼動状況履歴データをメモリ回路に登録しておき、各負荷に駆動電流を供給するとき、メモリ回路に登録されている上記データを使用するとともに、車両が存在するエリアの外気温度、車両の速度、負荷可動状況などを加味して電線の短絡判定を行なう保護装置の技術が開示されている。短絡判定は、ＣＰＵ回路を用いた演算処理で行っている。

また特許文献２には、電線の発熱及び放熱に基づく上昇温度を所定の関係式を用いて算出し、これを用いて推定した電線の温度が所定の上限温度以上になると通電を遮断させるようにした電線保護方法及び保護装置が開示されている。上記の関係式は指数関数等を含む複雑な関係式であり、ＣＰＵを用いて上記の関係式を所定時間ごとに周期的に計算するように構成されている。

特開平１１−２４０３９５号公報 特許第４６２４４００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、負荷の電気特性データや稼動状況履歴データを用いて短絡判定を行うようにしているが、これらのデータを用いて電線の温度を精度良く推定するのは難しく、比較的大きなマージンを見込んで短絡判定を行わせる必要がある。とくに、稼働状況履歴データは、自動車の車種、用途、運転者の特性等によって大きく変化することから、これを網羅させてメモリ回路にあらかじめ記憶させておくことは極めて困難である。さらに、ＣＰＵを用いて短絡判定を行っていることから、多数搭載されている負荷に対する短絡判定を逐次処理していく必要がある。そのため、すべての負荷に対する短絡判定を終了するまでに時間がかかり、ＣＰＵに大きな処理負荷がかかる。過電流発生時に電線及び半導体スイッチ素子を保護するためには、短時間のうちに電流を遮断させる必要があることから、短絡判定に用いるＣＰＵとして高性能なものが要求され、コスト高となってしまう。

また特許文献２に記載の従来技術では、電線の温度を精度よく算出するために、指数関数や乗算等が多数含まれた関係式を用いている。そのため、その演算処理に時間がかかることから、多数搭載されている負荷に接続された電線の温度を短時間に算出するには、高速演算処理が可能なＣＰＵの使用が要求される。とくに、過電流発生時に電線及び半導体スイッチ素子を保護するためには、短時間のうちに電流を遮断させる必要があることから、ＣＰＵとして高性能なものが要求され、コスト高となってしまう。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、低コストで電線の温度を高速に算出して電線を保護することが可能な車両用電線保護装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用電線保護装置の第１の態様は、車両に搭載された電源から負荷に電力を供給するための電線を保護する電線保護ユニットが前記電線ごとに設けられた車両用電線保護装置であって、前記電線保護ユニットは、前記電線の途中に設けられて前記負荷への電力供給をオン／オフする半導体スイッチ素子と、前記半導体スイッチ素子のドレイン−ソース間電圧及びケース温度、または前記半導体スイッチ素子から出力されるセンス電流を検出するセンサー部と、前記センサー部から前記ドレイン−ソース間電圧及び前記ケース温度、または前記センス電流を入力して前記電線の所定時間における温度上昇値を算出して前記電線の温度を推定する電線温度演算部と、前記電線温度演算部から前記電線の温度を入力して所定の上限温度と比較し、前記電線の温度が前記上限温度以上のときは遮断要求信号を出力する比較器と、前記比較器から前記遮断要求信号を入力すると、前記半導体スイッチ素子をオフに制御する駆動回路と、を備え、前記電線保護ユニットは、前記所定時間を周期として前記電線温度演算部及び前記比較器の処理を行うことを特徴とする。

本発明の車両用電線保護装置の他の態様は、前記電線温度演算部は、前記所定時間における発熱により前記電線の温度が加算される加算温度上昇値を算出する加算温度算出部と、前回の周期までの発熱による温度上昇が前記所定時間に放熱することにより低下した後の残留温度上昇値を算出する残留温度算出部と、前記加算温度上昇値と前記残留温度上昇値とを加算して温度上昇値を算出する温度上昇算出部と、前記温度上昇値を所定の基準温度に加算して前記電線の温度を算出する電線温度算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の車両用電線保護装置の他の態様は、前記ドレイン−ソース間電圧と前記ケース温度、または前記センス電流をパラメータとして事前に算出された前記加算温度上昇値を保存する発熱データ配列と、前回の周期で前記温度上昇算出部により算出された前記温度上昇値をパラメータとして事前に算出された前記残留温度上昇値を保存する放熱データ配列と、を格納するメモリ部をさらに備え、前記加算温度算出部は、前記センサー部から入力した前記ドレイン−ソース間電圧と前記ケース温度、または前記センス電流をもとに前記発熱データ配列から前記加算温度上昇値を読み込み、前記残留温度算出部は、前回の周期で算出された前記温度上昇値をもとに前記放熱データ配列から前記残留温度上昇値を読み込むことを特徴とする。

本発明の車両用電線保護装置の他の態様は、前記発熱データ配列は、前記電線が所定の温度のときの前記加算温度上昇値を保存しており、前記加算温度算出部は、前記発熱データ配列から読み込んだ値に事前に決定された温度補正値βを乗じて前記加算温度上昇値を算出することを特徴とする。

本発明の車両用電線保護装置の他の態様は、前記発熱データ配列のパラメータである前記ドレイン−ソース間電圧、前記ケース温度、前記センス電流の少なくともいずれか１つがアドレスエンコード処理されていることを特徴とする。

本発明の車両用電線保護装置の他の態様は、前記放熱データ配列のパラメータである前記温度上昇値がアドレスエンコード処理されていることを特徴とする。

本発明の車両用電線保護装置の他の態様は、前記発熱データ配列及び前記放熱データ配列は、それぞれ前記電線の種類ごとに作成されて前記メモリ部に保存されており、前記加算温度算出部は、事前に設定された前記電線の種類に対応する前記発熱データ配列から前記加算温度上昇値を読み込み、前記残留温度算出部は、前記電線の種類に対応する前記放熱データ配列から前記残留温度上昇値を読み込むことを特徴とする。

本発明の車両用電線保護装置の他の態様は、前記電線保護ユニットは、マイクロコンピュータ、カスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）、プログラム可能なハードウェアロジック回路 (ＦＰＧＡ) のいずれか１つを用いて演算処理されることを特徴とする。

本発明の車両用電線保護装置の他の態様は、前記電線保護ユニットを２以上備え、前記２以上の電線保護ユニットが前記ハードウェアロジック回路を用いて並列に演算処理されることを特徴とする。

本発明によれば、低コストで電線の温度を高速に算出して電線を保護することが可能な車両用電線保護装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用電線保護装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態の電線温度演算部の詳細な構成を示すブロック図である。 ドレイン−ソース間電圧に対する温度上昇値の変化の一例を示すグラフである。 電線温度に対する電線の抵抗の変化の一例を示すグラフである。 第１実施形態における発熱データ配列のデータ構造の一例を示す図である。 第１実施形態における放熱データ配列の一例を示す図である。 第１実施形態におけるアドレスエンコード処理の一例を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る車両用電線保護装置で用いられる発熱データ配列のデータ構造の一例を示す図である。 ドレイン−ソース間電圧に対する加算温度上昇値の変化率を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る車両用電線保護装置の概略構成を示すブロック図である。 第３実施形態におけるアドレスエンコード処理を説明するための図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る車両用電線保護装置の概略構成を示すブロック図である。 さらに別の実施形態におけるアドレスエンコード処理を説明するための図である。

本発明の好ましい実施の形態における車両用電線保護装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る車両用電線保護装置を、図１を用いて以下に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用電線保護装置の概略構成を示すブロック図である。車両には電源のバッテリ１０と複数の負荷２０が搭載されており、各負荷２０が電線（車両用ワイヤーハーネス）３０を用いてバッテリ１０に接続されている。

本実施形態の車両用電線保護装置１００では、バッテリ１０から各負荷２０に接続される電線３０ごとに電線保護ユニット１０１が設けられている。電線保護ユニット１０１は、バッテリ１０と負荷２０との間で電線３０に接続された半導体スイッチ素子（ＦＥＴ）１１０と、センサー部１２０と、電線温度演算部１３０と、メモリ部１４０と、比較器１５０と、駆動回路１６０と、Ａ／Ｄ変換部１７０と、を備えている。

半導体スイッチ素子１１０は、バッテリ１０から各負荷２０への通電をオン／オフするのに用いられる。車両用電線保護装置１００では、各電線３０の温度を各電線保護ユニット１０１で推定し、推定された電線温度が所定の上限温度（Ｔｔｈとする）以上に達すると判定されたときに、半導体スイッチ素子１１０をオフに制御するように構成されている。これにより、過電流を防止して電線３０の損傷を防止することが可能となっている。

センサー部１２０は、半導体スイッチ素子１１０のドレイン−ソース間電圧（Ｖｄｓとする）及びケース温度（Ｔｃとする）を検出する。センサー部１２０で検出されたドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ及びケース温度ＴｃはＡ／Ｄ変換部１７０に出力され、ここでそれぞれのアナログ信号がデジタル信号に変換される（Ａ／Ｄ変換）。Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ及びケース温度Ｔｃは、電線温度演算部１３０に出力される。

なお、本実施形態ではセンサー部１２０で半導体スイッチ素子１１０のドレイン−ソース間電圧及びケース温度を検出するとしたが、これに限定されず、たとえば半導体スイッチ素子１１０を通電する負荷電流、あるいはそれに対応するセンス電流を検出するようにしてもよい。車両用電線保護装置１００では、ドレイン−ソース間電圧及びケース温度に代えて、負荷電流あるいはセンス電流を用いて電線３０を保護させるようにすることもできる。

電線温度演算部１３０は、Ａ／Ｄ変換部１７０から入力したドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ及びケース温度Ｔｃをもとに、半導体スイッチ素子１１０が接続されている電線３０の温度（Ｔｗとする）を推定する。電線温度演算部１３０で推定された電線３０の温度Ｔｗは比較器１５０に出力され、電線温度Ｔｗと電線３０で許容される上限温度Ｔｔｈとの比較が行われる。その結果、電線３０の温度Ｔｗが上限温度Ｔｔｈ以上であると判定されると、比較器１５０から駆動回路１６０に遮断要求信号が出力される。駆動回路１６０は、比較器１５０から遮断要求信号が入力されると、電線３０を流れる電流を遮断するために半導体スイッチ素子１１０をオフに制御する。

つぎに、電線温度演算部１３０において、電線温度Ｔｗを推定するための構成及び方法を、図２を用いて以下に説明する。図２は、電線温度演算部１３０の詳細な構成を示すブロック図である。電線温度演算部１３０は、所定時間（ｄｔとする）ごとにドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ及びケース温度Ｔｃを入力し、これをもとに電線温度Ｔｗを推定するように構成されている。すなわち、所定時間ｄｔを演算周期としてその間の電線３０の温度変化を推定し、これをもとに電線温度Ｔｗを順次更新している。

電線温度演算部１３０は、所定時間ｄｔにおける発熱により電線３０の温度が加算される加算温度上昇値（ΔＴ１とする）を算出する加算温度算出部１３１と、それ以前の発熱による温度上昇が所定時間ｄｔにおける放熱により低下したのちの残留温度上昇値（ΔＴ２とする）を算出する残留温度算出部１３２と、所定の基準温度（Ｔａとする）からの温度上昇値（ΔＴｗとする）を算出する温度上昇算出部１３３と、温度上昇値ΔＴｗを基準温度Ｔａに加算して電線温度Ｔｗを算出する電線温度算出部１３４と、を備えている。なお、基準温度Ｔａには、電線３０が通電されずに安定しているときの温度、すなわち周囲温度を設定するのがよい。

演算周期がｎ回目のときの電線３０の加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）は、前回の演算周期における負荷電流Ｉｉｎ（ｎ−１）、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｎ−１）、及び電線３０の抵抗ｒ（ｎ−１）から、次式を用いて算出することができる。
ΔＴ１（ｎ）＝Ｉｉｎ^２（ｎ−１）×ｒ（ｎ−１）×Ｒｔｈ
×［１−ｅｘｐ（−ｄｔ／τｗ）］ （１）
Ｉｉｎ（ｎ−１）＝Ｖｄｓ（ｎ−１）
／［ｒ_ｏｎ×｛１＋α’（Ｔｃ（ｎ−１）−Ｔon）｝］ （２）
ここで、
Ｉｉｎ（ｎ−１）：前回の演算周期（ｎ−１）における負荷電流（Ａ）
Ｖｄｓ（ｎ−１）：前回の演算周期（ｎ−１）で測定された半導体スイッチ素子のドレイン−ソース間電圧（Ｖ）
ｒ（ｎ−１）：前回の演算周期（ｎ−１）における電線の抵抗（Ω）
Ｒｔｈ：電線の熱抵抗（℃／Ｗ）
τｗ:電線放熱時定数（ｓ）
ｒ_ｏｎ：基準温度（２０℃）における半導体スイッチ素子の抵抗（Ω）
Ｔｃ（ｎ−１）：前回の演算周期（ｎ−１）で測定されたケース温度
Ｔ_ｏｎ：基準温度（２０℃）
α’：一定値

式（１）より算出される加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）は、負荷電流Ｉｉｎ（ｎ−１）あるいはドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｎ−１）に対し２次関数的に変化し、電線３０の抵抗ｒ（ｎ−１）に対しては線形に変化する。また、半導体スイッチ素子１１０のオン抵抗がケース温度Ｔｃ（ｎ−１）の影響を受けることから、負荷電流Ｉｉｎ（ｎ−１）がケース温度Ｔｃ（ｎ−１）によって変化する。これにより、加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）もケース温度Ｔｃ（ｎ−１）によって異なる。ケース温度Ｔｃをパラメータとして、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを変化させたときの加算温度上昇値ΔＴ１の変化の一例を図３に示す。ここでは、電線３０としてＡＶＳＳ ０．５ｓｑを用い、ケース温度ＴｃをそれぞれＴｃ１〜Ｔｃ６としたときの加算温度上昇値ΔＴ１の変化が示されており、Ｔｃ１からＴｃ６へとケース温度を順次高くしている。

上記式（１）に用いられている前回の演算周期における電線３０の抵抗ｒ（ｎ−１）は、前回の演算周期で算出された電線温度Ｔｗ（ｎ−１）における電線３０の抵抗値を表す。抵抗ｒ（ｎ−１）は、電線温度Ｔｗ（ｎ−１）に対しほぼ線形に変化する。そこで、基準温度Ｔａにおける電線３０の抵抗をｒａとするとき、抵抗ｒ（ｎ−１）を電線温度Ｔｗの関数ｒ（Ｔｗ）として次式のように表すことができる。
ｒ（Ｔｗ）＝ｒａ［１＋α（Ｔｗ−Ｔａ）］ （３）
ここで、係数αは一定値である。

抵抗ｒ（Ｔｗ）の電線温度Ｔｗに対する変化（温度特性）の一例を図４に示す。ここでは、電線３０としてＡＶＳＳ ０．５ｓｑを用い、基準温度Ｔａを２０℃としたときの抵抗ｒ（Ｔｗ）の温度特性の一例を示している。図４に示す温度特性より、式（３）は下記のように表すことができる。
ｒ（ｎ−１）＝０．０００１３×Ｔｗ＋０．０３０１３ （４）

上記式（１）は、指数関数や乗算、除算を多く含んでおり、演算処理の負荷が高い算出式となっている。そこで、本実施形態の車両用電線保護装置１００では、演算処理の負荷をできるだけ低減するために、式（１）の算出を事前に行っておき、これを発熱データ配列１４１としてメモリ部１４０に保存させている。式（１）で算出される加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）は、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｎ−１）及びケース温度Ｔｃ（ｎ−１）によって変化するのに加えて、電線温度Ｔｗによっても変化する。そのため、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｎ−１）とケース温度Ｔｃ（ｎ−１）に加えて電線温度Ｔｗも変化させて加算温度上昇値ΔＴ１を式（１）から算出し、その結果を発熱データ配列１４１としてメモリ部１４０に格納させると、メモリ部１４０の必要容量が大幅に増加する。

そこで、本実施形態の車両用電線保護装置１００では、電線温度Ｔｗが基準温度Ｔａと等しい状態にあるとし、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｎ−１）とケース温度Ｔｃ（ｎ−１）とを変化させて式（１）から加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）を算出し、これを発熱データ配列１４１としてメモリ部１４０に格納している。電線温度Ｔｗが基準温度Ｔａに等しいとしたとき、式（１）は次式のようになる。
ΔＴ１（ｎ）＝Ｉｉｎ^２（ｎ−１）×ｒａ×Ｒｔｈ
×［１−ｅｘｐ（−ｄｔ／τｗ）］ （５）
ここで、ｒａは基準温度Ｔａにおける電線３０の抵抗を表している。

発熱データ配列１４１のデータ構造の一例を、図５を用いて説明する。発熱データ配列１４１は、電線温度Ｔｗを基準温度Ｔａに固定し、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓとケース温度Ｔｃとをパラメータとして加算温度上昇値ΔＴ１を算出した結果を設定したものであり、２次元配列となっている。なお、半導体スイッチ素子１１０の温度補正を併せて行った加算温度上昇値ΔＴ１を発熱データ配列１４１に設定することも可能である。

加算温度上昇算出部１３１は、まずメモリ部１４０に保存されている発熱データ配列１４１からドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｎ−１）及びケース温度Ｔｃ（ｎ−１）に対応する加算温度上昇値ΔＴ１を読み出す。発熱データ配列１４１から読み出された加算温度上昇値ΔＴ１は、電線温度Ｔｗが基準温度Ｔａのときの加算温度上昇値である。そこで、これを基準温度Ｔａにおける加算温度上昇値ΔＴ１’とし、加算温度上昇値ΔＴ１’を電線温度がＴｗ（ｎ−１）のときの加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）に変換する。

式（１）において、加算温度上昇値ΔＴ１は、電線３０の抵抗ｒ（ｎ−１）が電線温度Ｔｗによって変化することで変化する。抵抗ｒ（ｎ−１）は電線温度Ｔｗに対し、図４に例示するように線形性があると言える。

そこで、加算温度上昇算出部１３１は、電線温度がＴｗ（ｎ−１）のときの加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ−１）を、次式を用いて算出することができる。
ΔＴ１（ｎ）＝ΔＴ１’×β （６）
ここで、βはＴｗにより変化する。式（６）を用いて温度補正された加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）は、温度補正算出部１３３に出力される。

一方、前回（ｎ−１回目）の演算周期までの発熱による基準温度Ｔａからの温度上昇値であるΔＴｗ（ｎ−１）は、今回の演算周期までの所定時間ｄｔにおける放熱により、次式で算出される残留温度上昇値ΔＴ２まで低下する。
ΔＴ２（ｎ）＝ΔＴｗ（ｎ−１）×ｅｘｐ（−ｄｔ／τｗ） （７）

上記式（７）は、指数関数及び乗算を含んでおり、演算処理の負荷が高い算出式となっている。そこで、残留温度上昇値ΔＴ２についても、演算処理の負荷をできるだけ低減するために式（７）の演算を事前に行っておき、その結果を放熱データ配列１４２としてメモリ部１４０に格納しておく。放熱データ配列１４２は、温度上昇値ΔＴｗ（ｎ−１）をパラメータとして、残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）の算出結果を保存している。

温度上昇値ΔＴｗ（ｎ−１）は、前回（ｎ−１回目）の演算周期において温度上昇算出部１３３によりレジスタ１４３に保存されている。残留温度算出部１３２は、まず前回の演算周期で算出された温度上昇値ΔＴｗ（ｎ−１）をレジスタ１４３から読み込み、これに対応する残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）をメモリ部１４０の放熱データ配列１４２から読み出す。放熱データ配列１４２から読み出した残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）は、温度変動算出部１３３に出力される。

残留温度算出部１３２において、温度上昇値ΔＴｗ（ｎ−１）に対応する残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）を放熱データ配列１４２から高速に読み出せるようにするために、放熱データ配列１４２の温度上昇値ΔＴｗを例えば８ビットのアドレスパス長に変換（符号化）し、変換された各アドレスに残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）を格納している。放熱データ配列１４２の一例を図６に示す。放熱データ配列１４２をこのようなデータ構造とすることにより、温度上昇値ΔＴｗ（ｎ−１）をアドレスエンコード処理して残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）を高速に読み出すことが可能となる。

アドレスエンコード処理の一例を、図７を用いて説明する。ここでは、メモリ部１４０がＲＯＭで構成されているとし、ＲＯＭ制御部１４５が残留温度算出部１３２に設けられているものとする。レジスタ１４３から例えば１１ビットの温度上昇値ΔＴｗを入力すると、ＲＯＭ制御部１４５で温度上昇値ΔＴｗを例えば８ビットのアドレスにエンコード処理する。これにより、温度上昇値ΔＴｗに対応する残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）が格納されているアドレス（ＡＤＤＲとする）が得られる。得られたアドレスＡＤＤＲに格納されている残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）を、ＲＥＢ（Read Enable）がアウトとなるタイミングで読み込む。これにより、残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）を高速に読み出すことができる。

上記では、放熱データ配列１４２から残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）を高速に読み込むためにアドレスエンコード処理を行うものとしたが、発熱データ配列１４１から加算温度上昇値ΔＴ１を高速に読み込むためにアドレスエンコード処理を行うようにしてもよい。この場合には、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｎ−１）とケース温度Ｔｃ（ｎ−１）の両方をエンコード処理する。これにより、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｎ−１）に対応するアドレスとケース温度Ｔｃ（ｎ−１）に対応するアドレスとを用いて、２次元配列の発熱データ配列１４１から加算温度上昇値ΔＴ１を高速に読み出すことができる。

温度上昇算出部１３３は、加算温度算出部１３１から加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）が入力され、残留温度算出部１３２から残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）が入力されると、入力された加算温度上昇値ΔＴ１（ｎ）と残留温度上昇値ΔＴ２（ｎ）とを加算する。これにより、今周期（ｎ回目の演算周期）における温度上昇値ΔＴｗ（ｎ）が得られる。温度上昇値ΔＴｗ（ｎ）は、電線温度算出部１３４に出力されるとともに、レジスタ１４３に保存される。

電線温度算出部１３４は、温度上昇算出部１３３から温度上昇値ΔＴｗ（ｎ）が入力されると、これを電線の基準温度Ｔａに加算する。これにより、今周期の電線温度Ｔｗ（ｎ）が得られる。電線温度Ｔｗ（ｎ）は、比較器１５０に出力される。

比較器１５０は、電線温度演算部１３０から電線温度Ｔｗ（ｎ）を入力すると、これを上限温度Ｔｔｈと比較する。そして、電線温度Ｔｗ（ｎ）が上限温度Ｔｔｈ以上であると判断されたときは、遮断要求信号を駆動回路１６０に出力する。駆動回路１６０は、比較器１５０から遮断要求信号が入力されると、半導体スイッチ１１０をオフに制御する。これにより、当該の電線３０を通電する電流が遮断されて電線３０が保護される。一方、比較器１５０で電線温度Ｔｗ（ｎ）が上限温度Ｔｔｈより低いと判断されたときは、今周期（ｎ回目の演算周期）の処理を終了して所定時間ｄｔ後の次の演算周期まで待機する。

上記説明のように、本実施形態の車両用電線保護装置１００では、発熱データ配列１４１及び放熱データ配列１４２を用いることで、指数関数や乗算、除算の演算を極力なくして演算処理の負荷を大幅に低減している。その結果、ＣＰＵなどの高性能な演算装置を必要とせず、たとえばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのロジック回路を用いることが可能となる。また、このようなロジック回路を用いることで、複数の電線保護ユニット１０１を並列処理させることができる。たとえば、Ｎ個の電線保護ユニット１０１の処理をロジック回路を用いて並列処理させた場合、１つのＣＰＵで逐次処理させる場合に比べて処理時間を略１／Ｎに短縮化できる。これにより、低コストで電線の温度を高速に算出して電線を保護することが可能な車両用電線保護装置を提供することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る車両用電線保護装置を、図８を用いて以下に説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る車両用電線保護装置で用いられる発熱データ配列２４１のデータ構造の一例を示す図である。第１実施形態の車両用電線保護装置１００で用いられている発熱データ配列１４１は、パラメータのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ及びケース温度Ｔｃをそれぞれ一定幅で変化させて算出した加算温度上昇値ΔＴ１を保存していた。

これに対し本実施形態で用いる発熱データ配列２４１は、各パラメータの変化が加算温度上昇値ΔＴ１に与える影響の大きさによってパラメータの変化幅を変えている。一例として、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓに対する加算温度上昇値ΔＴ１の変化の大きさ（変化率）を、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを横軸にして表示したグラフを図９に示す。同図に示す例では、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが高くなるにつれて加算温度上昇値ΔＴ１の変化率（ｄ（ΔＴ１）／ｄ（Ｖｄｓ））も大きくなっている。そこで、加算温度上昇値ΔＴ１の変化率の大きさに応じて、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの大きさを第１領域、第２領域、及び第３領域の３つの領域に分けている。

本実施形態で用いる発熱データ配列２４１は、図９に示す３つの領域ごとにドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを変化させる幅を変え、それぞれで算出された加算温度上昇値ΔＴ１を保存している。すなわち、加算温度上昇値ΔＴ１の変化率の小さい第１領域ではドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの変化幅を大きくし、より変化率の大きい第２領域ではドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの変化幅を第１領域よりも小さくし、さらに変化率の大きい第３領域ではドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの変化幅を最も小さくしている。発熱データ配列２４１は、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの３つの領域ごとに、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓのパラメータ数が異なる配列となる。

上記では、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの変化幅を加算温度上昇値ΔＴ１の変化率に応じて変える場合について説明したが、ケース温度Ｔｃについても同様に変化幅を変えてもよい。すなわち、加算温度上昇値ΔＴ１のケース温度Ｔｃに対する変化率がケース温度Ｔｃによって異なるときは、加算温度上昇値ΔＴ１のケース温度Ｔｃに対する変化率の大きさによってケース温度Ｔｃを複数の領域に分け、それぞれの領域でケース温度Ｔｃの変化幅を変えて加算温度上昇値ΔＴ１を算出してもよい。

上記のように、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ等のパラメータの変化幅を加算温度上昇値ΔＴ１の変化率の大きさによって領域分けして設定することにより、加算温度上昇値ΔＴ１の変化率の小さい領域でのパラメータ数を減らすことができ、発熱データ配列２４１を格納するのに必要なメモリ部１４０のメモリ容量を減らすことが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る車両用電線保護装置を、図１０を用いて以下に説明する。図１０は、本発明の第３実施形態に係る車両用電線保護装置の概略構成を示すブロック図である。第１実施形態の車両用電線保護装置１００では、電線３０ごとに設けられている電線保護ユニット１０１のそれぞれが発熱データ配列１４１及び放熱データ配列１４２を備えていた。すなわち、車両用電線保護装置１００では、電線３０ごとに異なる発熱データ配列１４１及び放熱データ配列１４２を用いていた。

これに対し本実施形態の車両用電線保護装置３００では、発熱データ配列３４１及び放熱データ配列３４２を電線３０（３０−１、２、３、４、・・・）の種類ごとに作成して共通のメモリ部３４０に格納している。そして、各電線保護ユニット３０１（３０１−１、２、３、４、・・・）の電線温度演算部３３０は、対象の電線３０の種類に応じて発熱データ配列３４１及び放熱データ配列３４２のどれを用いるかがあらかじめ決定されている。対象の電線３０の種類は、例えば電線温度演算部３３０が事前に保存している。

発熱データ配列３４１あるいは放熱データ配列３４２のデータをアドレスエンコード処理により読み込む一例を図１１に示す。ここでは、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓをエンコード処理して発熱データ配列３４１のデータを読み込むときのアドレスエンコード処理の一例を示している。また、電線３０−１〜３は同種類の電線とし、電線３０−４は別種類の電線としている。このとき、電線保護ユニット３０１−１〜３のそれぞれの電線温度演算部３３０は発熱データ配列３４１−１及び放熱データ配列３４２−１のデータを読み込み、電線保護ユニット３０１−４の電線温度演算部３３０は発熱データ配列３４１−２及び放熱データ配列３４２−２のデータを読み込む。

電線保護ユニット３０１−１〜３のそれぞれの電線温度演算部３３０は、共通の発熱データ配列３４１−１及び放熱データ配列３４２−１のデータを読み込むが、それぞれの読み込みタイミングを以下のように調整するのがよい。すなわち、それぞれの電線温度演算部３３０に設けられたＲＯＭ制御部３４５から出力されるＲＥＢがアウトになるタイミングをシフトさせることにより調整する。

本実施形態の車両用電線保護装置３００では、各電線保護ユニット３０１の電線温度演算部３３０がどの発熱データ配列３４１及び放熱データ配列３４２を用いるかをあらかじめ決定していたが、発熱データ配列３４１及び放熱データ配列３４２の選択を自動的に行わせるようにすることも可能である。発熱データ配列３４１及び放熱データ配列３４２の自動選択を可能にした別の実施形態の車両用電線保護装置を、図１２を用いて以下に説明する。図１２は、本発明のさらに別の実施形態に係る車両用電線保護装置の概略構成を示すブロック図である。

図１２に示す車両用電線保護装置３００’では、メモリ部３４０の直前に配列選択部３４６を設けている。車両用電線保護装置３００’において、発熱データ配列３４１あるいは放熱データ配列３４２のデータをアドレスエンコード処理により読み込む一例を図１３に示す。配列選択部３４６は、各電線保護ユニット３０１の電線温度演算部３３０から電線３０の種類情報を入力すると、発熱データ配列３４１及び放熱データ配列３４２のどれを用いるかを自動的に選択してデータを読み込ませる。

上記説明の車両用電線保護装置３００及び３００’によれば、発熱データ配列３４１及び放熱データ配列３４２を電線３０の種類ごとに作成して共通のメモリ部３４０に格納するようにしていることから、メモリ部３４０に必要なメモリ容量を大幅に低減することが可能となる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る車両用電線保護装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における車両用電線保護装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１０ バッテリ
２０ 負荷
３０ 電線
１００、３００、３００’ 車両用電線保護装置
１０１、３０１ 電線保護ユニット
１１０ 半導体スイッチ素子
１２０ センサー部
１３０、３３０ 電線温度演算部
１３１ 加算温度算出部
１３２ 残留温度算出部
１３３ 温度上昇算出部
１３４ 電線温度算出部
１４０、３４０ メモリ部
１４１、２４１、３４１ 発熱データ配列
１４２、３４２ 放熱データ配列
１４３ レジスタ
１４５ ＲＯＭ制御部
１５０ 比較器
１６０ 駆動回路
１７０ Ａ／Ｄ変換部
３４６ 配列選択部

Claims (9)

1. 車両に搭載された電源から負荷に電力を供給するための電線を保護する電線保護ユニットが前記電線ごとに設けられた車両用電線保護装置であって、
   前記電線保護ユニットは、
   前記電線の途中に設けられて前記負荷への電力供給をオン／オフする半導体スイッチ素子と、
   前記半導体スイッチ素子のドレイン−ソース間電圧及びケース温度、または前記半導体スイッチ素子から出力されるセンス電流を検出するセンサー部と、
   前記センサー部から前記ドレイン−ソース間電圧及び前記ケース温度、または前記センス電流を入力して前記電線の所定時間における温度上昇値を算出して前記電線の温度を推定する電線温度演算部と、
   前記電線温度演算部から前記電線の温度を入力して所定の上限温度と比較し、前記電線の温度が前記上限温度以上のときは遮断要求信号を出力する比較器と、
   前記比較器から前記遮断要求信号を入力すると、前記半導体スイッチ素子をオフに制御する駆動回路と、を備え、
   前記電線保護ユニットは、前記所定時間を周期として前記電線温度演算部及び前記比較器の処理を行う
   ことを特徴とする車両用電線保護装置。
2. 前記電線温度演算部は、
   前記所定時間における発熱により前記電線の温度が加算される加算温度上昇値を算出する加算温度算出部と、
   前回の周期までの発熱による温度上昇が前記所定時間に放熱することにより低下した後の残留温度上昇値を算出する残留温度算出部と、
   前記加算温度上昇値と前記残留温度上昇値とを加算して温度上昇値を算出する温度上昇算出部と、
   前記温度上昇値を所定の基準温度に加算して前記電線の温度を算出する電線温度算出部と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電線保護装置。
3. 前記ドレイン−ソース間電圧と前記ケース温度、または前記センス電流をパラメータとして事前に算出された前記加算温度上昇値を保存する発熱データ配列と、
   前回の周期で前記温度上昇算出部により算出された前記温度上昇値をパラメータとして事前に算出された前記残留温度上昇値を保存する放熱データ配列と、を格納するメモリ部をさらに備え、
   前記加算温度算出部は、前記センサー部から入力した前記ドレイン−ソース間電圧と前記ケース温度、または前記センス電流をもとに前記発熱データ配列から前記加算温度上昇値を読み込み、
   前記残留温度算出部は、前回の周期で算出された前記温度上昇値をもとに前記放熱データ配列から前記残留温度上昇値を読み込む
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両用電線保護装置。
4. 前記発熱データ配列は、前記電線が所定の温度のときの前記加算温度上昇値を保存しており、
   前記加算温度算出部は、前記発熱データ配列から読み込んだ値に事前に決定された温度補正値βを乗じて前記加算温度上昇値を算出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両用電線保護装置。
5. 前記発熱データ配列のパラメータである前記ドレイン−ソース間電圧、前記ケース温度、前記センス電流の少なくともいずれか１つがアドレスエンコード処理されている
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の車両用電線保護装置。
6. 前記放熱データ配列のパラメータである前記温度上昇値がアドレスエンコード処理されている
   ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の車両用電線保護装置。
7. 前記発熱データ配列及び前記放熱データ配列は、それぞれ前記電線の種類ごとに作成されて前記メモリ部に保存されており、
   前記加算温度算出部は、事前に設定された前記電線の種類に対応する前記発熱データ配列から前記加算温度上昇値を読み込み、
   前記残留温度算出部は、前記電線の種類に対応する前記放熱データ配列から前記残留温度上昇値を読み込む
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の車両用電線保護装置。
8. 前記電線保護ユニットは、マイクロコンピュータ、カスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）、プログラム可能なハードウェアロジック回路 (ＦＰＧＡ) のいずれか１つを用いて演算処理される
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の車両用電線保護装置。
9. 前記電線保護ユニットを２以上備え、
   前記２以上の電線保護ユニットが前記ハードウェアロジック回路を用いて並列に演算処理される
   ことを特徴とする請求項８に記載の車両用電線保護装置。

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