JP2013229964A - 通電回路の保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の駆動、停止を制御する制御回路を適切にスリープモードに切り替えることが可能な通電回路の保護装置を提供する。
【解決手段】通電回路の導通、遮断を切り替える半導体リレー回路１１と、入力信号に応じて半導体リレー回路１１に切り替え指令信号を出力する制御回路１２と、通電回路に流れる電流を検出する電流センサとを備える。そして、制御回路１２は、半導体リレー回路１１により負荷ＲＬがオフとされた際に、オフ後の経過時間を測定するスリープタイマ制御部２２と、スリープタイマにて所定時間が経過したことが検出された際に、制御回路１２をスリープモードに切り替えるスリープ制御部２３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される負荷に電力を供給する通電回路に過電流が流れて温度が上昇した際に、即時に回路を遮断して通電回路、及び負荷を保護する通電回路の保護装置に関する。

車両に搭載される負荷を制御する制御装置は、負荷に過電流が流れた際にいち早く回路を遮断するために保護回路が搭載されている。このような保護回路の従来例として、例えば、特開２０１０−２３９８３５号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。該特許文献１では、負荷に流れる電流値に基づいて通電回路（負荷と電源を接続する電線、及びスイッチ）の発熱量、及び放熱量を算出し、更に、周囲温度を測定して通電回路の温度を推定し、推定温度が所定の閾値に達した場合に、通電回路を遮断して、負荷に接続される回路を保護する構成とされている。

また、上記の推定により求められる通電回路の温度が所定の温度条件を満たす場合（例えば、周囲温度まで低下した場合）には、負荷の駆動、停止を制御するための制御回路をスリープモード（低消費電力モード）に切り替えることにより、電力消費を抑制する。即ち、負荷が停止している場合には、該負荷に接続される通電回路には電流は流れないので、通電回路の温度を推定する処理を停止することにより、制御回路による演算負荷を低減させて全体の消費電力を低減する。

特開２０１０−２３９８３５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、通電回路に流れる電流に基づいて、発熱量、及び放熱量を算出し、この算出結果に基づいて通電回路の温度を推定する方式を採用しているので、車両のイグニッションがオフとされた直後等にて、周囲からの熱により通電回路の温度が上昇した場合には、正確な温度推定ができなくなってしまう。特に、車両のイグニッションをオフとした直後には、エンジン付近の強制空冷が停止するので、内部に高温の空気が蓄積されてしまい、この影響を受けることにより通電回路に電流が流れていないにも拘わらず、該通電回路の温度が上昇する場合がある。即ち、実際の通電回路の温度が推定処理により求めた温度よりも高くなることがある。

このような場合には、推定温度が周囲温度まで低下したことにより制御回路をスリープモードに切り替えると、実際には周囲温度まで低下していない状態でスリープモードとなってしまうので、次回、負荷がオンとされて通電回路に電流が流れた場合には、高精度な温度推定ができなくなってしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、負荷の駆動、停止を制御する駆動制御手段を適切に低消費電力モードに切り替えることが可能な通電回路の保護装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、車両に搭載され、負荷に接続される通電回路の温度を監視し、前記通電回路の温度が予め設定した閾値温度を上回った際に、前記通電回路を遮断して通電回路を保護する通電回路の保護装置において、前記通電回路の導通、遮断を切り替えるスイッチ手段（例えば、半導体リレー回路１１）と、入力信号に応じて前記スイッチ手段に切り替え指令信号を出力する駆動制御手段（例えば、制御回路１２）と、前記通電回路に流れる電流を検出する電流検出手段（例えば、半導体リレー回路１１）と、を備え、前記駆動制御手段は、前記通電回路がオンの場合には、前記電流検出手段にて検出される電流値と、通電時間に基づいて前記通電回路の上昇温度を推定し、前記駆動制御手段により通電回路がオフの場合には、経過時間に基づいて前記通電回路の下降温度を推定し、前記上昇温度と下降温度に基づいて、通電回路の温度を推定する温度推定手段（例えば、電線温度推定部２４）と、前記スイッチ手段により前記負荷がオフとされた際に、オフ後の経過時間を測定する計時手段（例えば、スリープタイマ制御部２２）と、前記計時手段にて予め設定した所定時間が経過した際に、前記駆動制御手段を通常動作時よりも消費電力の少ない低消費電力モードに切り替えるモード切替手段（例えば、スリープ制御部２３）とを含むことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記温度推定手段は、前記モード切替手段にて低消費電力モードとされた場合には、前記通電回路の温度推定を行わないことを特徴とする。

本発明に係る通電回路の保護装置では、スイッチ手段により負荷がオフとされた際に、計時手段による計時を開始し、所定時間が経過した場合に駆動制御手段を低消費電力モードに切り替えるので、スイッチ手段をオフとした後に、周囲温度により電線の温度が上昇した場合でも、該電線の温度が周囲温度に低下するまでに、低消費電力モードに切り替わることを防止でき、電線温度の検出を適切に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る通電回路の保護装置が搭載された負荷駆動装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る通電回路の保護装置の、処理動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る通電回路の保護装置の、各信号の変化を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る通電回路の保護装置が搭載された負荷駆動装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この負荷駆動装置１００は、車両に搭載されるモータやランプ等の負荷ＲＬと、該負荷ＲＬと電源ＶＢとの間に設けられ、負荷ＲＬの駆動、停止を切り替える半導体リレー回路１１と、該半導体リレー回路１１を制御する制御回路１２を備えている。

半導体リレー回路１１は、電源ＶＢと負荷ＲＬとの間に設けられ、制御回路１２より出力される操作指令信号に応じて、負荷ＲＬのオン、オフを切り替える。また、負荷ＲＬに流れる電流を検出する電流検出機能を備えている。即ち、端子Ｎ１１に操作指令信号が入力された際に、スイッチをオンとして端子Ｎ１３、Ｎ１４間を導通させて負荷ＲＬに電流を供給し、該負荷ＲＬを駆動させる。また、電流検出信号を端子Ｎ１２より出力する。該半導体リレー回路１１は、例えば、ＩＰＳ（インテリジェント・パワー・スイッチ）や、ＭＯＳＦＥＴとシャント抵抗の組み合わせにより構成することができる。

制御回路１２は、入力判定制御部２１と、スリープタイマ制御部２２と、スリープ制御部２３と、電線温度推定部２４と、異常判定部２５と、アンド回路２６と、を備えている。また、外部機器と接続するための端子Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３を備えている。

入力判定制御部２１は、端子Ｎ１を介して操作スイッチＳＷ１と接続され、該操作スイッチＳＷ１により、オン指令、或いはオフ指令が入力された際に、これらの指令に基づくスイッチ入力信号を、アンド回路２６、及びスリープタイマ制御部２２に出力する。

スリープタイマ制御部２２は、入力判定制御部２１よりオフ指令を示すスイッチ入力信号が出力された際に、スリープタイマを作動させる。

スリープ制御部２３は、スリープタイマにより予め設定した時間が計時された場合に、制御回路１２全体を、通常動作時のモードである通常モードから、該通常モードよりも消費電力が少ないスリープモード（低消費電力モード）に切り替える制御を行う。また、入力判定制御部２１にて、オン指令を示すスイッチ入力信号が入力された際には、スリープモードを解除して通常モードに移行する制御を行う。

電線温度推定部２４は、端子Ｎ３に接続されており、該端子Ｎ３は抵抗を介して半導体リレー回路１１の端子Ｎ１２に接続されている。従って、半導体リレー回路１１に流れる電流検出信号を取得する。そして、半導体リレー回路１１に流れる電流値に基づいて、通電回路を構成する電線の発熱量、及び放熱量を算出し、更に、通電回路の熱抵抗、熱容量等の特性に基づいて、通電回路を構成する電線の温度を推定する。なお、電線温度の推定方法については後述する。

異常判定部２５は、電線温度推定部２４にて推定された電線温度に基づき、該電線温度が予め設定した閾値温度に達した場合に、アンド回路２６に遮断信号を出力する。具体的には、「Ｌ」レベルとなる信号を出力する。

アンド回路２６は、一方の入力端子に入力判定制御部２１の出力端が接続され、他方の入力端子に異常判定部２５の出力端が接続されている。そして、入力判定制御部２１の出力信号、及び異常判定部２５の出力信号が共に「Ｈ」レベルのときに、端子Ｎ２を介して「Ｈ」レベルの信号を出力する。従って、半導体リレー回路１１は、アンド回路２６の出力信号が「Ｈ」レベルとなったときにオンとなって負荷ＲＬに電力が供給されることとなる。

［電線温度の推定処理の説明］
次に、電線温度推定部２４における電線温度の推定処理について説明する。初めに、上昇温度の算出について説明する。負荷ＲＬに接続される電線に電流が流れることによる発熱に伴う電線の発熱量Ｘ１は、次の（１）式で示すことができる。

Ｘ１＝ｉ^２×Ｒon×Δｔ …（１）
ここで、（１）式に示すｉは電流［Ａ］、Ｒonは導体の抵抗［Ω］、Δｔはサンプリング時間［sec］である。

従って、前回検出時の温度（初期的には周囲温度）に、発熱量Ｘ１を熱容量で除して得られる温度（上昇温度）を加算することにより、現在の電線の推定温度Ｔ１を求めることができる。

次に、下降温度の算出について説明する。電流センサにて電流が検出されないときの、放熱に伴う電線の放熱量Ｙ１は、次の（２）式で示すことができる。

Ｙ１＝Ｑ／（Ｃth×Ｒth／Δｔ） …（２）
ここで、Ｑは電線の単位長さ当たりの熱量、Ｃthは電線の熱容量、Ｒthは電線の熱抵抗、Δｔはサンプリング時間である。そして、放熱量Ｙ１を熱容量で除して得られる温度（下降温度）を減算することにより、現在の電線の推定温度Ｔ１を求めることができる。

［通常動作の説明］
次に、上述のように構成された本実施形態に係る通電回路の保護装置の、通常動作時の作用について説明する。操作スイッチＳＷがオンとされ、端子Ｎ１よりオン指令信号が入力されると、このオン指令信号は入力判定制御部２１にて、オン指令を示すスイッチ入力信号としてアンド回路２６の一方の入力端子に供給される。また、通常動作時には、異常判定部２５は温度異常信号を出力しておらず、出力信号は「Ｈ」レベルとなるので、アンド回路２６の出力信号は「Ｈ」レベルとなり、端子Ｎ２より「Ｈ」レベルの信号が出力される。そして、この信号は半導体リレー回路１１の端子Ｎ１１に供給される。

これにより、半導体リレー回路１１は、スイッチをオンとして負荷ＲＬに電源ＶＢより出力される電力を供給する。その結果、負荷ＲＬを駆動させることができる。また、電線温度推定部２４では、前述した（１），（２）式に基づいて通電回路を構成する電線の推定温度Ｔ１を算出しており、該電線の推定温度Ｔ１が予め設定した閾値に達した場合には、異常判定部２５は、遮断信号を出力する。即ち、出力信号を「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに切り替える。その結果、アンド回路２６の出力信号は「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変更されるので、半導体リレー回路１１では、スイッチをオフとして負荷ＲＬへの電力供給を停止する。

こうして、制御回路１２の電線温度推定部２４では、所定のサンプリング周期毎に電線の推定温度Ｔ１を推定しており、電線の推定温度Ｔ１が閾値を上回った場合に、半導体リレー回路１１を遮断することにより、負荷ＲＬの通電を停止させて、回路全体を保護することができる。

［スリープモードへの移行動作の説明］
次に、負荷ＲＬがオフとされた後に制御回路１２をスリープモードへ移行させる際の動作を、図２に示すフローチャート、及び図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。この処理は、スリープタイマ制御部２２及びスリープ制御部２３により実行される。

初めに、ステップＳ１１において、スリープタイマ制御部２２は、入力判定制御部２１より出力されるスイッチ入力信号が、オフ指令を示す信号であるか否かを判断する。即ち、操作スイッチＳＷ１がオフとされ、端子Ｎ１にオフ指令信号が入力されたか否かを判断する。

ステップＳ１２において、スリープタイマ制御部２２は、スリープタイマを作動させ、オフ指令信号が入力された後の経過時間を計時する。

ステップＳ１３において、スリープタイマ制御部２２は、スリープタイマによる計時時間が予め設定した所定時間を計時したか否かを判断する。そして、所定時間を計時したと判断した場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４において、スリープ制御部２３は、制御回路１２全体をスリープモードに移行させる。これにより、制御回路１２全体の消費電力を低減する。その結果、車両に搭載されるバッテリの負担を軽減でき、バッテリ上がりを防止することができる。

また、スリープタイマ制御部２２は、入力判定制御部２１よりオン指令を示すスイッチ入力信号が供給された場合には、スリープタイマをクリアする。即ち、負荷ＲＬをオンとするための入力操作が行われた場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１５において、スリープタイマをクリアすることにより、スリープモードへ移行させずに通常モードを継続させる。

次に、操作スイッチＳＷ１がオフとされた後の、スリープタイマの動作及び電線温度の変化を図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。

初めに、図３（ａ）に示す時刻ｔ１にて、操作スイッチＳＷ１がオンとされると、制御回路１２にはオン指令を示すスイッチ入力信号が入力される。従って、半導体リレー回路１１がオンとなって、通電回路の電線に電流が流れ負荷ＲＬが駆動を開始する。すると、図３（ｂ）に示すように、電線温度は、周囲温度（例えば、２５°）から徐々に上昇を開始する。そして、時刻ｔ２において操作スイッチＳＷ１をオフとすると、スリープタイマ制御部２２は、スリープタイマを作動させて操作スイッチのオフ後の経過時間を計時する。

その後、スリープタイマが所定時間を計時する前の時刻ｔ３で操作スイッチＳＷ１がオンとされると、スリープタイマはリセットされ、且つ、負荷ＲＬに電流が流れる。従って、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ３にて電線の推定温度Ｔ１は下降から上昇に転じる。また、図３（ｂ）に示すように、電線の温度推定が継続される。そして、時刻ｔ４において、車両のイグニッションがオフとされ、これに伴って操作スイッチがオフとされると、スリープタイマによる計時が開始される。この際、上述した（２）式による電線の推定温度Ｔ１は、曲線Ｐ１に示すように、時刻ｔ４から徐々に低下を開始する。つまり、電線温度推定部２４による電線の推定温度Ｔ１は、曲線Ｐ１のように変化する。

しかし、実際にはイグニッションがオフとされたことにより、強制空冷が停止するのでエンジンルーム内に高温の空気が蓄積されることがあり、この高温空気により電線が加熱され、例えば、曲線Ｐ２に示すように、半導体リレー回路１１のオフ時に電線温度が上昇する。このため、実際の電線温度は電線温度推定部２４で推定される温度（Ｐ１に示す温度）よりも高い温度となり、推定温度（Ｐ１）が周囲温度まで低下した場合でも、実際の温度（Ｐ２）は周囲温度よりも高い温度となっており、仮に、推定温度（Ｐ１）が周囲温度に達したことを判断してスリープモードに移行させると、電線温度が高い状態であるにも拘わらず制御回路１２がスリープモードに移行してしまい、半導体リレー回路１１を適切に制御することができなくなってしまう。

本実施形態では、操作スイッチＳＷ１がオフとされた後に、予め設定した所定時間（図３に示す時間Ｑ１）が経過した際に、制御回路１２をスリープモードへ移行させるので、この時間Ｑ１を電線温度が周囲温度に達するために要する十分な時間に設定することにより、電線温度が周囲の熱源により上昇する場合であっても、電線温度が周囲温度まで低下した後にスリープモードへ移行させることが可能となる。

このようにして、本実施形態に係る通電回路の保護装置では、車両に搭載されるランプやモータ等の負荷ＲＬがオフとされた後、所定時間（Ｑ１）が経過した後に、制御回路１２を通常モードからスリープモードに移行させるので、電線温度推定部２４による電線の推定温度に誤差が生じている場合でも、電線温度が確実に低下した状態（例えば、周囲温度まで低下した状態）で制御回路１２をスリープモードに移行させて、半導体リレー回路１１のオン、オフを適切に制御することが可能となる。

以上、本発明の通電回路の保護装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

本発明は、車両に搭載される負荷の制御回路を適切にスリープモードへ移行させることに利用することができる。

１１ 半導体リレー回路
１２ 制御回路
２１ 入力判定制御部
２２ スリープタイマ制御部
２３ スリープ制御部
２４ 電線温度推定部
２５ 異常判定部
２６ アンド回路
１００ 負荷駆動装置
ＳＷ１ 操作スイッチ

Claims (2)

1. 車両に搭載され、負荷に接続される通電回路の温度を監視し、前記通電回路の温度が予め設定した閾値温度を上回った際に、前記通電回路を遮断して通電回路を保護する通電回路の保護装置において、
   前記通電回路の導通、遮断を切り替えるスイッチ手段と、
   入力信号に応じて前記スイッチ手段に切り替え指令信号を出力する駆動制御手段と、
   前記通電回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、
   前記駆動制御手段は、
   前記通電回路がオンの場合には、前記電流検出手段にて検出される電流値と、通電時間に基づいて前記通電回路の上昇温度を推定し、前記駆動制御手段により通電回路がオフの場合には、経過時間に基づいて前記通電回路の下降温度を推定し、前記上昇温度と下降温度に基づいて、通電回路の温度を推定する温度推定手段と、
   前記スイッチ手段により前記負荷がオフとされた際に、オフ後の経過時間を測定する計時手段と、
   前記計時手段にて予め設定した所定時間が経過した際に、前記駆動制御手段を通常動作時よりも消費電力の少ない低消費電力モードに切り替えるモード切替手段と、を含むことを特徴とする通電回路の保護装置。
2. 前記温度推定手段は、前記モード切替手段にて低消費電力モードとされた場合には、前記通電回路の温度推定を行わないことを特徴とする請求項１に記載の通電回路の保護装置。

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