JP2015019544A - 電線保護装置 - Google Patents

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元太 目崎
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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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018085855A (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 ニチコン株式会社 パワーコンディショナおよびこのパワーコンディショナを有する蓄電システム

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