JP2015019544A - 電線保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過電流が流れて電線温度が上昇し、電流を遮断しなければならない場合でも、負荷をオフにすることなく電線を保護できる電線保護装置の提供。【解決手段】電流センサ（９）が検出した電線１６の通流電流値、及び温度センサ７が検出した電線１６近傍の温度に基づき、電線１６の温度を周期的に演算する演算手段１４と、電線１６に介装され電流をオン又はオフにするスイッチ９とを備え、電線１６の発煙温度に基づき電線１６を保護する電線保護装置。演算手段１４が周期的に演算した電線の温度に基づき、電線１６が発煙温度に到達する迄の時間を予測する手段１４と、その予測した時間が所定時間より短いか否かを判定する手段１４と、短いと判定したときに、電線１６に流れる電流値を所定電流値に低減するように、スイッチ９をＰＷＭ制御する手段５とを備える構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサが検出した電線の通流電流値、及び温度センサが検出した電線近傍の温度に基づき、電線の温度を周期的に演算する演算手段と、電線に介装され電流をオン又はオフにするスイッチとを備え、電線の発煙温度に基づき電線を保護する電線保護装置に関するものである。

車載電気機器にとって、車両内の温度、振動等の環境は過酷であり、ワイヤハーネスの被覆の経年劣化、摩耗等による車体とのショート、及びコイルのレアショート（layer short）等が発生する虞がある。その為、ワイヤハーネス等の電線を保護する為に、従来は、過電流が流れて電線温度が上昇した場合、発煙に至る迄に、ヒューズが溶断し、電流を遮断するようにしていた。

しかし、ヒューズが溶断すると、その都度、同じ規格のヒューズに交換する手間がかかり、また、同じ規格のヒューズを保管しておく必要もあるので、最近は、電流センサを内蔵したＩＰＳ（Intelligent Power Switch）（ＩＰＤ（Intelligent Power Device））を使用して、ヒューズの溶断特性に合わせてＩＰＳ（ＩＰＤ）をオフにし、電流を遮断するようになって来ている。

特許文献１には、負荷への通電電流Ｉ（ｎ）（ｎは検出回数を示す）が所定時間Δｔ毎に検出され、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、電線の放熱及び発熱に係る関係式によって算出される電線保護方法が開示されている。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、推定された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が停止され、電線が保護される。

特開２００９−１３０９４４号公報

上述したように、電線に過電流が流れて電線温度が上昇した場合、発煙に至る迄に電流を遮断したり、電線温度が上限温度以上になったときに電力の供給を停止したりすると、負荷が急にオフになるので、例えばヘッドライト等の負荷によっては、ユーザが危険に晒され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、過電流が流れて電線温度が上昇し、電流を遮断しなければならない場合でも、負荷をオフにすることなく電線を保護することができる電線保護装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電線保護装置は、電線に流れる電流値を検出する電流センサと、前記電線近傍の温度を検出する温度センサと、前記電流センサが検出した電流値、及び前記温度センサが検出した温度に基づき、前記電線の温度を周期的に演算する演算手段と、前記電線に介装され電流をオン又はオフにするスイッチとを備え、前記電線の発煙温度に基づき該電線を保護する電線保護装置において、前記演算手段が周期的に演算した電線の温度に基づき、前記電線が前記発煙温度に到達する迄の時間を予測する手段と、該手段が予測した時間が所定時間より短いか否かを判定する手段と、該手段が短いと判定したときに、前記電線に流れる電流値を所定電流値に低減するように、前記スイッチをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する手段とを備えることを特徴とする。

この電線保護装置では、電流センサが電線に流れる電流値を検出し、温度センサが電線近傍の温度を検出する。演算手段が、電流センサが検出した電流値、及び温度センサが検出した温度に基づき、電線の温度を周期的に演算し、電線に介装されたスイッチが、電流をオン又はオフにして、電線の発煙温度に基づき電線を保護する。演算手段が周期的に演算した電線の温度に基づき、予測する手段が、電線が発煙温度に到達する迄の時間を予測し、判定する手段が、その予測した時間が所定時間より短いか否かを判定する。判定する手段が短いと判定したときに、ＰＷＭ制御する手段がスイッチをＰＷＭ制御して、電線に流れる電流値を所定電流値に低減する。

第２発明に係る電線保護装置は、電線に流れる電流値を検出する電流センサと、前記電線近傍の温度を検出する温度センサと、前記電流センサが検出した電流値、及び前記温度センサが検出した温度に基づき、前記電線の温度を周期的に演算する演算手段と、前記電線に介装され電流をオン又はオフにするスイッチとを備え、前記電線の発煙温度に基づき該電線を保護する電線保護装置において、前記演算手段が周期的に演算する電線の温度それぞれに対応する電流値を定めたテーブルと、前記演算手段が周期的に演算した電線の温度に、前記テーブル内で対応する電流値が、前記電流センサが検出し前記温度の演算に使用された電流値より小さいか否かを判定する手段と、該手段が小さいと判定したときに、前記電線に流れる電流値を所定電流値に低減するように、前記スイッチをＰＷＭ制御する手段とを備えることを特徴とする。

この電線保護装置では、電流センサが電線に流れる電流値を検出し、温度センサが電線近傍の温度を検出する。演算手段が、電流センサが検出した電流値、及び温度センサが検出した温度に基づき、電線の温度を周期的に演算し、電線に介装されたスイッチが、電流をオン又はオフにして、電線の発煙温度に基づき電線を保護する。演算手段が周期的に演算する電線の温度それぞれに対応する電流値を、テーブルに定めてある。判定する手段が、演算手段が周期的に演算した電線の温度に、テーブル内で対応する電流値が、電流センサが検出し温度の演算に使用された電流値より小さいか否かを判定する。判定する手段が小さいと判定したときに、ＰＷＭ制御する手段がスイッチをＰＷＭ制御して、電線に流れる電流値を所定電流値に低減する。

第３発明に係る電線保護装置は、前記電線に流れる電流値を所定電流値に低減していることを、前記スイッチをＰＷＭ制御する際に報知する手段を更に備えることを特徴とする。

この電線保護装置では、電線に流れる電流値を所定電流値に低減していることを、スイッチをＰＷＭ制御する際に報知するので、過電流が流れて電線温度が上昇したことを、ユーザに知らせることができ、ユーザは、必要な対策を取ることができる。

本発明に係る電線保護装置によれば、過電流が流れて電線温度が上昇し、電流を遮断しなければならない場合でも、負荷をオフにすることなく電線を保護することができる電線保護装置を実現することができる。

本発明に係る電線保護装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 電線の発煙特性の例を示す特性図である。 本発明に係る電線保護装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る電線保護装置の実施の形態で使用される（参照）テーブルのイメージ例を示す特性図である。 本発明に係る電線保護装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。

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。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る電線保護装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この電線保護装置は、例えば、車両のエアコンディショナ及びドア等の内装品を制御するボディーＥＣＵ（Electronic Control Unit）４内に設けられたＣＰＵ（Central Processing Unit）５，電源ＩＣ６、環境温度センサ７、外部記憶領域８及びＩＰＤ（Intelligent Power Device）９と、ボディーＥＣＵ４外のインストルメント・パネルに設けられた警告装置３とを備えている。

ＣＰＵ５は、Ａ／Ｄ変換部１１、電流値判定部１０、環境温度判定部１３、記憶制御部１２及び電線温度判定部１４を備えている。
電源ＩＣ６は、車載バッテリ２から与えられた電源の電圧を制御用電圧値に降圧して、ＣＰＵ５を含むボディーＥＣＵ４に与える。
環境温度センサ（温度センサ）７は、電線１６近傍の温度を検出し、検出した温度信号は、Ａ／Ｄ変換部１１でＡ／Ｄ変換され、環境温度判定部１３に与えられる。

外部記憶領域８は、ＣＰＵ５の作動プログラム及び作動データを記憶しており、必要に応じて、作動プログラム及び作動データをＣＰＵ５へ送り、作動データをＣＰＵ５から受けて記憶する。
ＩＰＤ（スイッチ）９は、車載バッテリ２と負荷１５とを接続する電線１６に介装され、ＣＰＵ５にスイッチングされることにより、負荷１５への電流をＰＷＭ制御する。また、内蔵する電流センサにより負荷１５への電流値を検出し、検出した電流値信号は、Ａ／Ｄ変換部１１によりＡ／Ｄ変換されて、電流値判定部１０に与えられる。

記憶制御部１２は、外部記憶領域８から送られたテーブル等の作動データに基づき、参照処理を実行する。また、外部記憶領域８から送られた演算式を電線温度判定部１４に与える。
電流値判定部１０は、Ａ／Ｄ変換部１１から与えられた電流値を電線温度判定部１４へ与える。
環境温度判定部１３は、Ａ／Ｄ変換部１１から与えられた温度値を電線温度判定部１４へ与える。

図２は、電線１６の発煙特性の例を示す特性図である。
一般に、電線温度Ｔｗは、式（１）（２）で表される。
Ｔｗ＝Ｔａ（環境温度）＋ΔＴｗ（電線上昇温度） （１）
ΔＴｗ（ｎ）＝ΔＴｗ（ｎ−１）×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）
＋Ｒｔｈｗ×Ｒｗ（ｎ−１）×Ｉ² （ｎ−１）
×（１−ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）） （２）

ここで、Δｔ;演算時間間隔、τｗ;電線の発熱／放熱の時定数、
Ｒｗ;電線の抵抗値、Ｒｔｈｗ;電線の熱抵抗値
Ｉ；電線に流れる電流値
であり、ｎ，ｎ−１は演算回数を表し、ΔＴｗ（ｎ）、Ｒｗ（ｎ）、Ｉ（ｎ）は、演算ｎ回時の電線上昇温度、電線の抵抗値、電線に流れる電流値を表す。
式（２）の右辺の第１項は、放熱による電線温度低下分を表し、第２項は、電流Ｉ（ｎ−１）による電線温度上昇分を表している。
図２は、電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３がそれぞれ時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３連続して通流したときに、電線温度が発煙温度Ｔｗｓに達することを表している。

ここで、電流値Ｉが一定であり、電線の抵抗値Ｒｗを一定とすれば、電線温度を演算する毎に上昇する電線温度は、式（２）より、
Ｔｗ（ｎ）−Ｔｗ（ｎ−１）
＝ΔＴｗ（ｎ）−ΔＴｗ（ｎ−１）
＝ΔＴｗ（ｎ−１）×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）
−ΔＴｗ（ｎ−２）×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）
＝（ΔＴｗ（ｎ−１）−ΔＴｗ（ｎ−２））×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）
＝（Ｔｗ（ｎ−１）−Ｔｗ（ｎ−２））×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）

故に、
（Ｔｗ（ｎ）−Ｔｗ（ｎ−１））／（Ｔｗ（ｎ−１）−Ｔｗ（ｎ−２））
＝ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）
となって、通流電流値が一定であれば、電線の上昇温度は、演算する都度、等比級数的に増加するということができる。
従って、通流電流値Ｉが一定であれば、電線温度がＴｗ（ｎ）のときの、発煙温度Ｔｗｓに達する迄の時間は、例えば、式（２）によるＴｗ（ｎ＋１）−Ｔｗ（ｎ）を初項とし、ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）を公比とする等比級数が、温度差Ｔｗｓ−Ｔｗ（ｎ）に達する項数ｍを算出し、ｍ×Δｔを演算することにより予測することができる。尚、Δｔは電線温度の演算時間間隔である。

電線温度判定部（演算手段、予測する手段、判定する手段）１４は、電流値判定部１０から与えられた電流値、及び環境温度判定部１３から与えられた温度値に基づき、電線温度Ｔｗ（ｎ）を演算し、演算した電線温度Ｔｗ（ｎ）に基づき、上述した発煙温度Ｔｗｓに達する迄の予測時間ｍ×Δｔを演算する。次いで、予測したｍ×Δｔが所定時間（例えば４秒）より短いか否かを判定する。

電線温度判定部１４は、予測したｍ×Δｔが所定時間より短いと判定したときは、電線１６に流れる電流値が所定電流値に低減されるように、ＩＰＤ９をＰＷＭ制御する。尚、低減目標とする所定電流値は、例えば、図２に示すように、流し続けても発煙温度に達しない電流値ＩＬであり、この際、ＩＰＤ９が内蔵する電流センサが電流値Ｉを検出していれば、ＰＷＭ制御のデューティ比は（ＩＬ／Ｉ）×１００（％）となる。
ＣＰＵ５は、電線温度判定部１４が、予測したｍ×Δｔが所定時間より短いと判定し、ＩＰＤ９をＰＷＭ制御しているときは、車内ＬＡＮ（Local Area Network）であるＣＡＮ（Controller Area Network）バス１を通じて、警告装置３に電線１６に流れる電流値を所定電流値に低減していることを表示させる。

以下に、このような構成の電線保護装置の動作の例を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
ＣＰＵ５は、先ず、環境温度センサ７が検出した環境温度を、環境温度判定部１３で読込み（Ｓ１）、次いで、ＩＰＤ９が内蔵する電流センサが検出した電線１６の通流電流値Ｉを、電流値判定部１０で読込む（Ｓ３）。
ＣＰＵ５は、次に、読込んだ環境温度及び電流値Ｉに基づき、電線温度判定部１４で式（２）（１）を用いて、電線１６の温度Ｔｗを演算する（Ｓ５）。

ＣＰＵ５は、次に、電線温度判定部１４で、演算した電線１６の温度Ｔｗ（Ｓ５）に基づき、電線１６の発煙温度Ｔｗｓに達する迄の時間Ｓを演算して予測し（Ｓ７）、予測した時間Ｓが所定時間Ｓｔ（例えば４秒）より短いか否かを判定する(Ｓ９)。
ＣＰＵ５は、電線温度判定部１４で、予測した時間Ｓが所定時間Ｓｔより短いと判定した(Ｓ９)ときは、ＩＰＤ９をＰＷＭ制御して、電線１６に流れる電流値を所定電流値に低減する（Ｓ１１）。

ＣＰＵ５は、次に、ＣＡＮバス１を通じて、警告装置３に電線１６に流れる電流値を所定電流値に低減していることを表示させた（Ｓ１３）後、ＩＰＤ９が内蔵する電流センサが検出した電線１６の通流電流値Ｉを、電流値判定部１０で読込む（Ｓ１５）。次いで、読込んだ電流値Ｉに基づき、ＩＰＤ９をＰＷＭ制御して、電線１６に流れる電流値を所定電流値に低減する（Ｓ１１）。
ＣＰＵ５は、電線温度判定部１４で、演算して予測した時間Ｓが所定時間Ｓｔより短くないと判定した(Ｓ９)ときは、環境温度センサ７が検出した環境温度を、環境温度判定部１３で読込む（Ｓ１）。

（実施の形態２）
図４は、本発明に係る電線保護装置の実施の形態２で使用される（参照）テーブルのイメージ例を示す特性図である。
この特性図は、電線温度毎に、通流し続ければ所定時間（例えば３秒）で発煙温度に達する電流値を、演算又は実測に基づき定めてあり、この電線保護装置では、このような特性図に基づくテーブルを外部記憶領域８に記憶している。外部記憶領域８は、作動開始時にこのテーブル及びその他の作動データを記憶制御部１２へ送る。

記憶制御部１２は、外部記憶領域８から送られたテーブル等の作動データに基づき、参照処理を実行する。また、外部記憶領域８から送られた演算式を電線温度判定部１４に与える。
電線温度判定部１４は、電流値判定部１０から与えられた電流値Ｉ、及び環境温度判定部１３から与えられた温度値に基づき、電線温度Ｔｗを演算し、演算した電線温度Ｔｗに基づき、記憶制御部１２にテーブルを参照させて、電線温度Ｔｗに対応する電流値Ｉｔを求める。

電線温度判定部１４は、テーブルから求めた電流値Ｉｔが、電線温度Ｔｗの演算に使用した電流値Ｉより小さいか否かを判定し、電流値Ｉより小さいと判定したときは、ＣＰＵ５が、電線１６に流れる電流値が所定電流値に低減されるように、ＩＰＤ９をＰＷＭ制御する。
尚、電流値Ｉｔが電流値Ｉより小さい場合は、電流値Ｉが通流し続けて発煙する迄の時間が、前記所定時間（例えば３秒）より短い。また、低減目標とする所定電流値は、例えば、図２に示すように、流し続けても発煙温度に達しない電流値ＩＬであり、この際、ＰＷＭ制御のデューティ比は（ＩＬ／Ｉ）×１００（％）となる。その他の構成は、実施の形態１で説明した電線保護装置の構成（図１）と同様であるので、説明を省略する。

以下に、このような構成の電線保護装置の動作の例を、それを示す図５のフローチャートを参照しながら説明する。
ＣＰＵ５は、先ず、環境温度センサ７が検出した環境温度を、環境温度判定部１３で読込み（Ｓ２１）、次いで、ＩＰＤ９が内蔵する電流センサが検出した電線１６の通流電流値Ｉを、電流値判定部１０で読込む（Ｓ２３）。
ＣＰＵ５は、次に、読込んだ環境温度及び電流値Ｉに基づき、電線温度判定部１４で式（２）（１）を用いて、電線１６の温度Ｔｗを演算する（Ｓ２５）。

ＣＰＵ５は、次に、記憶制御部１２にテーブルを参照させて、電線温度Ｔｗに対応する電流値Ｉｔを求め（Ｓ２７）、求めた電流値Ｉｔが電流値Ｉより小さいか否かを電線温度判定部１４で判定する(Ｓ２９)。
ＣＰＵ５は、電線温度判定部１４で、電流値Ｉｔが電流値Ｉより小さいと判定した(Ｓ２９)ときは、ＩＰＤ９をＰＷＭ制御して、電線１６に流れる電流値を所定電流値に低減する（Ｓ３１）。

ＣＰＵ５は、次に、ＣＡＮバス１を通じて、警告装置３に電線１６に流れる電流値を所定電流値に低減していることを表示させた（Ｓ３３）後、ＩＰＤ９が内蔵する電流センサが検出した電線１６の通流電流値Ｉを、電流値判定部１０で読込む（Ｓ３５）。次いで、読込んだ電流値Ｉに基づき、ＩＰＤ９をＰＷＭ制御して、電線１６に流れる電流値を所定電流値に低減する（Ｓ３１）。
ＣＰＵ５は、電線温度判定部１４で、電流値Ｉｔが電流値Ｉより小さくないと判定した(Ｓ２９)ときは、環境温度センサ７が検出した環境温度を、環境温度判定部１３で読込む（Ｓ２１）。

１ ＣＡＮバス
２ 車載バッテリ
３ 警告装置
４ ボディーＥＣＵ
５ ＣＰＵ（ＰＷＭ制御する手段）
７ 環境温度センサ（温度センサ）
９ ＩＰＤ（スイッチ、電流センサ）
１０ 電流値判定部
１１ Ａ／Ｄ変換部
１２ 記憶制御部
１３ 環境温度判定部
１４ 電線温度判定部（演算手段、予測する手段、判定する手段）
１５ 負荷
１６ 電線

Claims (3)

1. 電線に流れる電流値を検出する電流センサと、前記電線近傍の温度を検出する温度センサと、前記電流センサが検出した電流値、及び前記温度センサが検出した温度に基づき、前記電線の温度を周期的に演算する演算手段と、前記電線に介装され電流をオン又はオフにするスイッチとを備え、前記電線の発煙温度に基づき該電線を保護する電線保護装置において、
   前記演算手段が周期的に演算した電線の温度に基づき、前記電線が前記発煙温度に到達する迄の時間を予測する手段と、該手段が予測した時間が所定時間より短いか否かを判定する手段と、該手段が短いと判定したときに、前記電線に流れる電流値を所定電流値に低減するように、前記スイッチをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する手段とを備えることを特徴とする電線保護装置。
2. 電線に流れる電流値を検出する電流センサと、前記電線近傍の温度を検出する温度センサと、前記電流センサが検出した電流値、及び前記温度センサが検出した温度に基づき、前記電線の温度を周期的に演算する演算手段と、前記電線に介装され電流をオン又はオフにするスイッチとを備え、前記電線の発煙温度に基づき該電線を保護する電線保護装置において、
   前記演算手段が周期的に演算する電線の温度それぞれに対応する電流値を定めたテーブルと、前記演算手段が周期的に演算した電線の温度に、前記テーブル内で対応する電流値が、前記電流センサが検出し前記温度の演算に使用された電流値より小さいか否かを判定する手段と、該手段が小さいと判定したときに、前記電線に流れる電流値を所定電流値に低減するように、前記スイッチをＰＷＭ制御する手段とを備えることを特徴とする電線保護装置。
3. 前記電線に流れる電流値を所定電流値に低減していることを、前記スイッチをＰＷＭ制御する際に報知する手段を更に備える請求項１又は２に記載の電線保護装置。

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