JP2018155591A

JP2018155591A - ヒューズの劣化判定装置

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Publication number: JP2018155591A
Application number: JP2017052521A
Authority: JP
Inventors: 俊吏福元; Shunri Fukumoto; 松本　潤一; Junichi Matsumoto; 潤一松本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: JP6729459B2

Abstract

【課題】ヒューズエレメントが疲労破断する前に、熱膨張と熱収縮とを繰り返すことにより生じるヒューズエレメントの劣化を判定する。【解決手段】平均電流値算出部２８は、ヒューズエレメント１４ａを流れた平均電流値の時間変化を複数の時間幅毎に示す時間−平均電流値グラフを生成する。ダメージ量算出部３０は、予め定義された単位時間毎にヒューズエレメント１４ａが受けたダメージ量を算出し、各単位時間のダメージ量を積算することで、ヒューズエレメント１４ａが全体として受けた積算ダメージ量を算出する。ダメージ量算出部３０は、各単位時間のダメージ量を、当該単位時間の経過時点における複数の平均電流値に基づいて算出された複数のダメージ量のうち最大のダメージ量とする。ヒューズ劣化判定部３２は、積算ダメージ量が、ダメージ許容量設定部２２が設定したダメージ許容量以上となった場合に、ヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒューズの劣化判定装置に関し、特に、ヒューズエレメントが疲労破断する前に、ヒューズエレメントの劣化を判定するヒューズの劣化装置に関する。

従来、大電流が流れることによる電気回路の損傷を防止するためのヒューズが知られている。ヒューズは、電流が流れる導体部分であるヒューズエレメントを有している。ヒューズエレメントは電気抵抗を有していることから、電流が流れると電流値に応じたジュール熱が発生する。そして、ヒューズエレメントに定格電流値以上の電流値が流れると、それによるジュール熱によりヒューズエレメントが溶断する。これにより、ヒューズの両端が電気的に解放され、それ以上の通電が防止されることから、電気回路の損傷が防止される。ヒューズは、種々の回路に設けられるが、特に電源回路に用いられ、バッテリを備える電動車両（ハイブリッドカーや電気自動車など）の電源回路にも用いられている。

ヒューズエレメントは、定格電流値未満の電流であっても、比較的大きい電流が長い時間流れ続けると溶断してしまう場合がある。このことに鑑み、従来、定格電流値未満の電流でヒューズエレメントが溶断してしまうことを防止する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ヒューズエレメントに流れた電流の積算値からヒューズエレメントの温度を推定し、当該推定した温度に基づいて、ヒューズエレメントに流すことができる最大電流値を制御する装置が開示されている。

特開２０１１−２５０６１０号公報

ところで、物体は、温度に応じて膨張あるいは収縮することが知られており、それはヒューズエレメントにおいても同様である。ヒューズエレメントに電流が流れジュール熱が生じると、そのジュール熱によりヒューズエレメントが熱膨張する（長くなる）。通常、ヒューズエレメントの両端部は、ヒューズ基部に固定されていることから、熱膨張することにより熱応力がかかり、ヒューズエレメントが撓んだ状態となる。ヒューズエレメントを流れる電流値が大きい程、ジュール熱が大きくなることからより強い熱応力がかかって、ヒューズエレメントはより大きく撓む。一方、ヒューズエレメントに流れる電流が停止すると、ジュール熱が生じなくなってヒューズエレメントの温度が低下し、ヒューズエレメントは熱収縮して（短くなって）撓まない状態へ戻る。

ヒューズエレメントに対して電流の流通と停止とが繰り返されると、ヒューズエレメントは、熱膨張と熱収縮とを繰り返すことになる。ここで、ヒューズエレメントに流れる電流値が比較的小さい場合は、ヒューズエレメントに熱応力がかかっても、金属疲労がほとんど生じない弾性変形領域における撓み量で済むものの、ヒューズエレメントに流れる電流値が比較的大きい場合は、ヒューズエレメントの撓み量は、金属疲労が生じ得る塑性変形領域まで達してしまう。そして、ヒューズエレメントに対して塑性変形領域まで達するような熱応力が繰り返しかけられると、ヒューズエレメントは金属疲労が蓄積して劣化し、最終的には疲労破断してしまう。

ヒューズエレメントが疲労破断すると、電気回路などが正常に動作しなくなることから、疲労破断する前に、熱膨張と熱収縮とを繰り返すことにより生じるヒューズエレメントの劣化を判定することが望まれる。

本発明の目的は、ヒューズエレメントが疲労破断する前に、熱膨張と熱収縮とを繰り返すことにより生じるヒューズエレメントの劣化を判定することにある。

本発明は、ヒューズが有するヒューズエレメントについての、熱膨張と熱収縮との繰り返しによる劣化を判定するヒューズの劣化判定装置であって、前記ヒューズエレメントに流れる電流値及び通電時間に基づいて算出される負荷と、前記ヒューズエレメントに与えるダメージ量との関係を通電時間毎に示す対負荷ダメージ量情報を記憶するメモリと、前記ヒューズエレメントを流れる電流値の時間変化に基づいて、複数の時間幅毎に、電流値の絶対値の平均値である平均電流値の時間変化を算出する平均電流値算出部と、予め定義された単位時間毎に前記ヒューズエレメントが受けたダメージ量を算出し、各単位時間の各ダメージ量を積算して前記ヒューズエレメントの積算ダメージ量を算出するダメージ量算出部であって、各単位時間のダメージ量を、当該単位時間の経過時点における前記複数の時間幅に対応する複数の平均電流値と、前記対負荷ダメージ量情報とから算出される、前記複数の時間幅に対応する複数のダメージ量のうち、最大のダメージ量とするダメージ量算出部と、前記積算ダメージ量が、所定の方法で定義されたダメージ許容量以上となった場合に前記ヒューズエレメントが劣化したと判定するヒューズ劣化判定部と、を備えることを特徴とするヒューズの劣化判定装置である。

ヒューズエレメントが受けるダメージ量は、ヒューズエレメントを流れる電流値のみならず、通電時間まで考慮しなければ適切なダメージ量が算出できない。上記構成によれば、平均電流値算出部が、複数の時間幅毎の平均電流値の時間変化を算出する。まず、ダメージ量算出部が、複数の時間幅（通電時間）に対する複数の平均電流から、複数のダメージ量を算出する。これにより通電時間まで考慮されたダメージ量が算出される。次に、ダメージ量算出部が、算出された複数のダメージ量のうち最大のダメージ量を単位時間のダメージ量とすることで、単位時間のダメージ量が過小評価されること（実際よりも小さく見積もられること）が防止される。

また、ダメージ量算出部は、単位時間毎にダメージ量を算出するから、単位時間を比較的小さい時間とすることで、ヒューズエレメントを流れる電流値が刻々変化するような場合であっても、当該電流値の変化に即した精度の高い積算ダメージ量を算出することができる。

本発明によれば、ヒューズエレメントが疲労破断する前に、熱膨張と熱収縮とを繰り返すことにより生じるヒューズエレメントの劣化を判定することができる。

本実施形態に係るヒューズの劣化判定システムの構成概略図である。ダメージ許容量の設定方法を示す概念図である。耐久回数特性グラフの例を示す図である。負荷−耐久回数特性表の例を示す図である。負荷−耐久回数グラフの例を示す図である。時間−電流値グラフの例を示す図である。時間−電流平均値グラフの例を示す図である。各時間幅に対応する各電流平均値を示すグラフである。各時間幅に対応する各耐久回数を示すグラフである。本実施形態に係るＥＣＵの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１には、本実施形態に係るヒューズの劣化判定システム１０の構成概略図が示されている。本実施形態に係る劣化判定システム１０は、ハイブリッドカーあるいは電気自動車などの電動車両に搭載されるものである。

バッテリ１２は二次電池であり、例えばリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池である。バッテリ１２は、モータジェネレータなどの負荷に対して電力を供給する。本実施形態では、バッテリ１２からの直流電力は、直流電力を交流電力に変換するインバータを介してモータジェネレータへ供給される。また、モータジェネレータからの交流電力が、インバータにより直流電力に変換されてバッテリ１２に供給され、これによりバッテリ１２が充電される。

ヒューズ１４は、バッテリ１２とモータジェネレータとの間に直列に設けられている。すなわち、バッテリ１２からモータジェネレータへの電力供給、及び、モータジェネレータからバッテリ１２への電力供給の際に、ヒューズ１４に電流が流れるようになっている。

ヒューズ１４は、電流が流通する導体部分であり溶断可能であるヒューズエレメント１４ａを含む。ヒューズエレメント１４ａは線状部材であり、その両端部がヒューズ１４の基部に固定されている。ヒューズエレメント１４ａは電気抵抗を有しており、電流が流通するとジュール熱が発生する。ヒューズ１４には定格電流値が定められており、定められた定格電流値以上の電流がヒューズエレメント１４ａを流れることで、ヒューズエレメント１４ａがジュール熱により溶断するようになっている。これにより、バッテリ１２、インバータ、及びモータジェネレータを含む電気回路に定格電流値以上の電流が流れることが防止され、これら電気回路の損傷が防止される。

ヒューズエレメント１４ａは、電流の流通と停止とが繰り返されることによって、熱膨張と熱収縮とを繰り返す。ヒューズエレメント１４ａの両端部がヒューズ１４の基部に固定されていることから、これによりヒューズエレメント１４ａに金属疲労が生じ得る。

電流センサ１６は、ヒューズ１４（より詳しくはヒューズエレメント１４ａ）に流れる電流値を計測する。電流センサ１６は、ヒューズ１４と負荷の間に直列に接続される。電流センサ１６は、常時ヒューズエレメント１４ａを流れる電流値をモニタしており、計測した電流値を逐次後述のＥＣＵ２０へ送信する。

車速センサ１８は、劣化判定システム１０が搭載された車両（以下単に「車両」と記載する）の速度を検出する。車速センサ１８が検出した車速はＥＣＵ２０に送信される。例えば、車速センサ１８は、車両の車軸の回転数を検出するセンサであってよい。この場合は、車速センサ１８において車軸の回転数から車速を演算した上でＥＣＵ２０に送信してもよいし、車速センサ１８から送られてきた車軸の回転数に基づいてＥＣＵ２０が車速を演算してもよい。

ヒューズの劣化判定装置としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）２０は、マイクロコントローラ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、あるいはそれらの周辺回路などを含んで構成される。ＥＣＵ２０は、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、車両の各部を電気的に制御する。また、図１に示される通り、本実施形態においては、ＥＣＵ２０は、ダメージ許容量設定部２２、平均電流値算出部２８、ダメージ量算出部３０、ヒューズ劣化判定部３２、電流制御部３４、及び、通知制御部３６としても機能する。これらの各部は、熱膨張と熱収縮とを繰り返すことにより生じるヒューズエレメント１４ａの劣化（以下単に「ヒューズエレメント１４ａの劣化」と記載する）を判定するためのものである。以下、適宜図２以下を参照しながら、ＥＣＵ２０が有する各機能について説明する。

ダメージ許容量設定部２２は、ヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定するためのダメージ許容量（閾値）を設定する。本実施形態では、ダメージ許容量設定部２２は、車両の走行距離に応じて変動するダメージ許容量を設定する。なお、本明細書における走行距離とは、新品のヒューズ１４が車両に搭載されてからの車両の走行距離を意味する。

図２に、ダメージ許容量設定部２２が設定した、走行距離に応じたダメージ許容量が示されている。図２のグラフは、横軸が走行距離、縦軸がヒューズエレメント１４ａの積算ダメージ量を表している。まず、ヒューズエレメント１４ａが疲労破断に至る破断ダメージ量Ｆが設定される。後述のように、本実施形態において算出されるダメージ量は、当該破断ダメージ量Ｆを基準とした指標（値）で表されるため、破断ダメージ量としては適宜数値を設定することができる。本実施形態では、破断ダメージ量として１，０００，０００が設定されるものとする。

次に、設定された破断ダメージ量Ｆに基づいて、リミットダメージ量Ｆ’が設定される。リミットダメージ量Ｆ’としては、例えば破断ダメージ量Ｆの所定割合（例えば９割）の値など、破断ダメージ量Ｆよりも少ない量が設定される。後述の方法により、リミットダメージ量Ｆ’に基づいて、走行距離に応じた許容ダメージ量が設定される。破断ダメージ量Ｆではなくリミットダメージ量Ｆ’に基づいて許容ダメージ量を設定するのは、安全性の観点から、ヒューズエレメント１４ａの劣化判定をより早いタイミングで行うためである。

さらに、ヒューズエレメント１４ａの劣化を運転者あるいはサービスマン（以下まとめて「ユーザ」と記載する）への通知を開始する基準となる走行距離である通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔが設定される。ヒューズエレメント１４ａは、電流の流通と停止が繰り返されることで劣化するから、車両の通常使用によっても劣化する。つまり、車両の走行距離が大きくなるほどヒューズエレメント１４ａの積算ダメージ量が大きくなっていく。通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔは、ヒューズ１４の仕様書、実験結果、あるいはヒューズエレメント１４ａが疲労破断したときの車両の走行距離の実績などに基づいて、ヒューズエレメント１４ａの積算ダメージ量が大きくなり、ユーザへ通知する必要があると見積もられる走行距離が設定される。

なお、上述の破断ダメージ量Ｆ、リミットダメージ量Ｆ’、及び通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔは、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたプログラムにおいて設定されてよい。

リミットダメージ量Ｆ’と、通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔとが設定されると、走行距離と積算ダメージ量との２次元グラフ上に、走行距離＝通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔ、積算ダメージ量＝リミットダメージ量Ｆ’となる点Ｐ_１がプロットされる。そして、点Ｐ_１と原点Ｏとを結ぶ線分が形成される。走行距離≦通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔの領域においては、当該線分が、走行距離に応じたダメージ許容量を表すダメージ許容量ラインとなる。また、走行距離＞通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔの領域においては、積算ダメージ量＝リミットダメージ量Ｆ’となる直線がダメージ許容量ラインとなる。

点Ｐ１と原点Ｏとを結ぶ線分の傾きは、
で表されるから、走行距離≦通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔの領域においては、走行距離Ｄのときのダメージ許容量Ｆ_ｔ＿ｌｉｍｉｔは、以下の式で求められる。
また、走行距離＞通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔの領域においては、ダメージ許容量Ｆ_ｔ＿ｌｉｍｉｔは、リミットダメージ量Ｆ’となる。

図２に示された積算ダメージ量推移ラインＬ_１及びＬ_２については後述する。

なお、本実施形態においては、上述した方法によってダメージ許容量ラインを設定しているが、ダメージ許容量はその他の設定方法で設定されてもよい。例えば、走行距離に関わらず、リミットダメージ量Ｆ’をダメージ許容量とするようにしてもよい。

図１に戻り、メモリ２４は、ＲＯＭあるいはＲＡＭにより構成されるものである。メモリ２４には、ＥＣＵ２０の各部を動作させるためのプログラムや、ＥＣＵ２０の各部による演算結果などが記憶される。また、図１に示されるように、メモリ２４には、対負荷ダメージ量情報としての負荷−耐久回数グラフ２６が記憶される。

負荷−耐久回数グラフ２６は、ヒューズ１４の製造メーカから提供される、ヒューズエレメント１４ａの耐久回数特性を示す耐久回数特性グラフに基づいて生成される。以下、図３〜図５を参照しつつ、負荷−耐久回数グラフ２６の生成方法について説明する。

図３には、ヒューズエレメント１４ａの耐久回数特性グラフの例が示されている。耐久回数特性グラフは、ヒューズエレメント１４ａに電流が流れた時間である通電時間と、ヒューズエレメント１４ａにかかる負荷とに対する、ヒューズエレメント１４ａの耐久回数を示すグラフである。図３に示された耐久回数特性グラフにおいては、横軸が通電時間を示し、縦軸が負荷を示している。負荷は、Ｉ^２ｔで与えられる。ここで、Ｉはヒューズエレメント１４ａに流れる電流値であり、ｔは通電時間である。

耐久回数とは、ヒューズエレメント１４ａが電流の流通と停止の組（すなわち電流の流通により生じる熱膨張による撓みと、電流の停止により生じる熱収縮による縮み）を何回耐え得るかを示す回数である。以後本明細書では、電流の流通と停止の１つの組を「１パルス」と記載する。例えば、耐久回数が１００回である場合、当該ヒューズエレメント１４ａは１００パルスまで耐え得る、換言すれば１００パルスを超える数のパルスを受けると疲労破断することを意味する。

ヒューズエレメント１４ａの劣化の度合い、すなわちヒューズエレメント１４ａの受けたダメージ量は、一般的に、耐久回数によって表される。具体的には、通電時間と負荷との組み合わせである通電条件によって図３から求められる耐久回数が、当該通電条件によりヒューズエレメント１４ａが受けるダメージ量を表している。詳しくは、耐久回数が少ない程ヒューズエレメント１４ａが受けるダメージ量が大きいことを意味する。

図３の耐久回数特性グラフには、複数の同耐久回数ラインが示されている。各ラインは、耐久回数が同じ値を取る通電条件を繋げて形成されたラインである。例えば、一番上の同耐久回数ラインは、耐久回数が１０^０、すなわち１回となる通電条件を繋げて形成されたラインであり、上から２番目のラインは耐久回数が１０^１、すなわち１０回となる通電条件を繋げて形成されたラインである。当該２つのラインの間に位置する通電条件は、耐久回数が２〜９回となる通電条件となる。なお、図３には１０^０〜１０^６回までの同耐久回数ラインが示されているが、１０^７回以上の同耐久回数ラインが示されていてもよい。

具体的な例をみてみると、例えば通電時間が１［ｓｅｃ］であって、負荷が１００，０００［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］である場合（なお、ｔ＝１なので、約３１６［Ａ］の電流がヒューズエレメント１４ａに流れた場合である）、耐久回数は約３００回となることが読み取れる。つまり、通電時間１［ｓｅｃ］、負荷１００，０００［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］（約３１６［Ａ］）の通電条件では、ヒューズエレメント１４ａは約３００パルスまで耐え得るということになる。一方、通電時間が１［ｓｅｃ］であって、負荷が１０，０００［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］である場合（なお、ｔ＝１なので、１００［Ａ］の電流がヒューズエレメント１４ａに流れた場合である）、耐久回数は１０^６回以上となっている。上記２例を比べると、通電時間が１［ｓｅｃ］とした場合、負荷が１００，０００［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］である場合は、負荷が１０，０００［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］である場合よりも耐久回数が小さくなっていることから、負荷が１００，０００［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］である場合の通電条件の方が、ヒューズエレメント１４ａがより大きいダメージを受けることを示している。図３から明らかなように、通電時間が同じであれば、負荷（電流値）が大きい方がヒューズエレメント１４ａが受けるダメージ量が大きくなる。

図３には、同電流ラインが一点鎖線で示されている。同電流ラインは、文字通り電流値が同じ通電条件を繋いで形成された線である。図３に示した同電流ラインは、複数の同耐久回数ラインを跨いでいる。これは、ヒューズエレメント１４ａを流れる電流値が同じであっても、通電時間によってヒューズエレメント１４ａが受けるダメージ量が異なることを意味している。すなわち、通電時間を考慮せず電流値だけからでは、ヒューズエレメント１４ａが受けるダメージ量を適切に算出できないことを意味している。図３の同電流ラインに沿って耐久回数を見ていくと、通電時間が長い程耐久回数が少なくなっていくことが読み取れる。すなわち、電流値が同じであれば、通電時間が大きい方がヒューズエレメント１４ａが受けるダメージ量が大きくなる。

耐久回数特性グラフから、通電時間毎に耐久回数と負荷との関係を示す負荷−耐久回数特性表が得られる。図４に、図３に示した耐久回数特性グラフから得られる負荷−耐久回数特性表が示されている。

図３に示された耐久回数特性グラフにおいて、例えば通電時間＝１［ｓｅｃ］となるラインに沿って見ていくと、１０^６回の同耐久回数ラインとの交点の負荷として１６９７７［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］が読み取れ、１０^５回の同耐久回数ラインとの交点の負荷として２７２７２［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］が読み取れ、１０^４回の同耐久回数ラインとの交点の負荷として４１７７０［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］が読み取れる。このようにして、通電時間＝１［ｓｅｃ］における負荷と耐久回数が得られる。同様にして、他の通電時間における負荷と耐久回数の関係を表にまとめていくと、図４に示す負荷−耐久回数特性表が得られる。

本実施形態においては、負荷−耐久回数特性表には、１［ｓｅｃ］、３［ｓｅｃ］、５［ｓｅｃ］、以下、５秒間隔で１００［ｓｅｃ］までの計２２個の通電時間における負荷と耐久回数の関係が含まれている。なお、図４の負荷−耐久回数特性表においては、耐久回数１０^７回の負荷も示されている。また、本実施形態においては、耐久回数が１０００（１０^３）回以下となるような大電流が車両において通電されないため、耐久回数１０００回以下の負荷は負荷−耐久回数特性表に含められていない。

図５に、図４に示された負荷−耐久回数特性表に基づいて生成される負荷−耐久回数グラフ２６が示されている。負荷−耐久回数グラフ２６は、横軸が耐久回数［回］を示し、縦軸が負荷［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］を示すグラフである。本実施形態における負荷−耐久回数グラフ２６は、横軸及び縦軸のいずれもが対数スケールとなっている。図４に示された負荷−耐久回数特性表に基づいて、通電時間毎に負荷と耐久回数をプロットしていくと、通電時間毎に、負荷と耐久回数との関係を示した負荷−耐久回数グラフ２６が生成される。なお、図５においては、一部の通電時間のグラフが省略されているが、実際の負荷−耐久回数グラフ２６は、２２個の通電時間に対応するグラフを有している。本実施形態では、各通電時間における負荷と耐久回数との関係は、対数グラフにおいて線形近似される。線形近似により、本実施形態における耐久回数Ｎは以下の式で与えられる。
上式において、ｔは通電時間を示す。したがって、例えば通電時間＝１［ｓｅｃ］における耐久回数Ｎは上式にｔ＝１を代入して
で与えられる。

以上のように生成された負荷−耐久回数グラフ２６がメモリ２４に記憶される。なお、通電時間毎の、負荷とヒューズエレメント１４ａの耐久回数（ダメージ量）との関係が分かる情報であれば、負荷−耐久回数グラフ２６に代えて他の情報がメモリ２４に記憶されていてもよい。

図１に戻り、平均電流値算出部２８は、まず、電流センサ１６から逐次送信されてくる電流値に基づいて、ヒューズエレメント１４ａを流れる電流値の時間変化を取得する。本実施形態では、平均電流値算出部２８は、図６に示すような、横軸が時間［ｓｅｃ］を示し、縦軸が電流値［Ａ］を示す時間−電流値グラフを生成する。なお、電流値の正の値は、バッテリ１２側から負荷側へ流れる電流の方向を示し、電流値の負の値は、負荷側からバッテリ１２側へ流れる電流の方向を示す。

次に、平均電流値算出部２８は、生成した時間−電流値グラフに基づいて、電流値の絶対値の平均値である平均電流値を複数の時間幅毎に算出し、複数の時間幅毎の平均電流値の時間変化を示す時間−平均電流値グラフを生成する。例えば、時間幅が１［ｓｅｃ］であれば、時刻Ｔ［ｓｅｃ］における平均電流値としては、時刻（Ｔ−１）［ｓｅｃ］から時刻Ｔ［ｓｅｃ］までの電流値の絶対値の平均値となる。同様に、時間幅が１００［ｓｅｃ］であれば、時刻Ｔ［ｓｅｃ］における平均電流値としては、時刻（Ｔ−１００）［ｓｅｃ］から時刻Ｔ［ｓｅｃ］までの電流値の絶対値の平均値となる。このように、時間幅毎に、各時点における平均電流値が算出されることで、複数の時間幅毎の平均電流値の時間変化を示す時間−平均電流値グラフが生成される。

図６に示した時間−電流値グラフから生成される時間−平均電流値グラフが図７に示されている。時間幅としては、負荷−耐久回数グラフ２６が示す複数の通電時間と同じ複数の時間幅が設定される。すなわち、本実施形態の時間−平均電流値グラフには、１［ｓｅｃ］、３［ｓｅｃ］、５［ｓｅｃ］、以下、５秒間隔で１００［ｓｅｃ］までの計２２個の時間幅毎の平均電流値の時間変化が示されている。

図１に戻り、ダメージ量算出部３０は、負荷−耐久回数グラフ２６と、平均電流値算出部２８が生成した時間−平均電流値グラフに基づいて、ヒューズエレメント１４ａの積算ダメージ量を算出する。ダメージ量算出部３０は、予め定義された単位時間毎にヒューズエレメント１４ａが受けたダメージ量を算出し、各単位時間のダメージ量を積算することで、ヒューズエレメント１４ａが全体として受けた積算ダメージ量を算出する。本実施形態における単位時間は、１００［ｍｓｅｃ］（０．１［ｓｅｃ］）となっているが、これに限られるものではない。単位時間のダメージ量をｆ_ｔとすると、積算ダメージ量Ｆ_ｔは以下の式で与えられる。

以下、各単位時間におけるダメージ量ｆ_ｔの算出方法について説明する。ここでは、当該単位時間の経過時点が時刻Ｔ＝Ｔ_１（図７参照）となる単位時間（すなわち当該単位時間は、（Ｔ_１−０．１）［ｓｅｃ］からＴ_１［ｓｅｃ］までの時間である）におけるダメージ量ｆ_ｔを算出する場合を例に説明する。まず、ダメージ量算出部３０は、平均電流値算出部２８が生成した時間−平均電流値グラフ（図７参照）に基づいて、時刻Ｔ_１における各時間幅での平均電流値を取得する。これにより、図８に示すように、時刻Ｔ_１における、１［ｓｅｃ］〜１００［ｓｅｃ］までの２２個の時間幅の平均電流値が取得される。

次いで、ダメージ量算出部３０は、各時間幅に対応する２２個の平均電流値と、負荷−耐久回数グラフ２６（図５参照）に基づいて、各時間幅に対応する複数の耐久回数を算出する。平均電流値１４８［Ａ］と時間幅５［ｓｅｃ］という組に着目して耐久回数の算出方法について説明する。ここで、時間幅５［ｓｅｃ］を通電時間と読み替えて図５を見ると、平均電流値１４８［Ａ］と時間幅（通電時間）５［ｓｅｃ］から、負荷は（１４８）^２×５＝１０９，５２０［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］と算出される。そして、負荷−耐久回数グラフ２６において、負荷＝１０９，５２０［Ａ・Ａ・ｓｅｃ］のラインと、通電時間５［ｓｅｃ］に対応するラインとの交点の耐久回数を読み取って、時間幅５［ｓｅｃ］に対応する耐久回数が６８５７０［回］と算出される。

同様にして、他の時間幅に対応する耐久回数も算出される。その結果、図９に示されるように、各時間幅に対応する複数の耐久回数が算出される。ここで、上述のように算出された耐久回数は、単位時間（０．１［ｓｅｃ］）における耐久回数を示すものではなく、あくまで各時間幅における耐久回数を示すものである。例えば、時間幅５［ｓｅｃ］に対応する６８５７０［回］という耐久回数は、５秒間に平均して１４８Ａの電流がヒューズエレメント１４ａを流れたという通電条件での耐久回数である。なお、図９においては、１，０００，０００［回］以上の耐久回数については図示が省略されている。

さらに、ダメージ量算出部３０は、各時間幅に対応する複数の耐久回数に基づいて、各時間幅に対応する複数のダメージ量を算出する。上述のように、本実施形態におけるダメージ量は、破断ダメージ量Ｆに基づいた指標となっている。具体的には、破断ダメージ量を耐久回数で割った値がダメージ量として算出される。時間幅５［ｓｅｃ］と耐久回数６８５７０［回］という組に着目すると、まず、破断ダメージ量Ｆ１，０００，０００を耐久回数６８５７０［回］で割ると１４．５８という値が得られる。しかし、上述の通り、これは５秒間におけるダメージ量であるから、０．１［ｓｅｃ］間のダメージ量を算出するために、当該値を（５［ｓｅｃ］（時間幅）×１０）でさらに割る。そうすると、当該単位時間における、時間幅５［ｓｅｃ］に対応するダメージ量として０．２９という値が得られる。

同様にして、ダメージ量算出部３０は、当該単位時間における、他の時間幅に対応する複数のダメージ量を算出する。各時間幅に対応するダメージ量の算出式を一般化すると
となる。ここで、Ｄｕｒは時間幅であり、Ｅ_Ｄｕｒは時間幅Ｄｕｒに対応する耐久回数である。

そして、ダメージ量算出部３０は、算出された複数のダメージ量のうち最大のダメージ量を、当該単位時間のダメージ量として特定する。本例においては、時間幅５［ｓｅｃ］に対応するダメージ量（０．２９）が当該単位時間のダメージ量として特定される。なお、上述のように、ダメージ量は、破断ダメージ量Ｆを耐久回数で割った後、さらに時間幅で割られて算出されることから、図９に示す各耐久回数のうち最小の耐久回数から算出されるダメージ量が最大ダメージ量となるとは限らない。例えば、時間幅５［ｓｅｃ］に対して耐久回数１００，０００回が算出され、時間幅１０［ｓｅｃ］に対して耐久回数８０，０００回が算出された場合、時間幅５［ｓｅｃ］に対応するダメージ量は
（１，０００，０００÷１００，０００）÷（５×１０）＝０．２となり、時間幅１０［ｓｅｃ］に対応するダメージ量は
（１，０００，０００÷８０，０００）÷（１０×１０）＝０．１２５となる。
つまり、時間幅１０［ｓｅｃ］の方が耐久回数が少ないものの、ダメージ量としては、時間幅５［ｓｅｃ］の方が大きくなる。

上述のように、当該単位時間のダメージ量が算出されると、ダメージ量算出部３０は、過去に算出済みの各単位時間のダメージ量の総和に、今回算出したダメージ量を積算する。これにより、時刻Ｔ＝Ｔ_１の時点までにヒューズエレメント１４ａが受けたダメージの総和である積算ダメージ量が算出される。なお、各単位時間について算出された複数のダメージ量のうち、最大となるダメージ量以外のダメージ量は積算されないから、各単位時間についてダメージ量が二重（あるいはそれ以上）に算出されることはない。

本実施形態では、単位時間が０．１［ｓｅｃ］となっているから、ダメージ量算出部３０は、上述の処理を０．１［ｓｅｃ］間隔で実行する。つまり、積算ダメージ量は０．１［ｓｅｃ］間隔で更新されていく。

なお、ダメージ量算出部３０は上述の処理によって各単位時間のダメージ量を算出することから、単位時間によって異なる時間幅に対応するダメージ量が当該単位時間のダメージ量として算出され得る。例えば、ある単位時間のダメージ量としては、時間幅５［ｓｅｃ］に対応するダメージ量が算出され、次の単位時間のダメージ量としては、時間幅１０［ｓｅｃ］に対応するダメージ量が算出されることがあり得る。

図１に戻り、ヒューズ劣化判定部３２は、ダメージ許容量設定部２２が設定したダメージ許容量と、ダメージ量算出部３０が算出した積算ダメージ量とを比較して、ヒューズエレメント１４ａが劣化したか否かを判定する。ヒューズ劣化判定部３２は、ダメージ量算出部３０が積算ダメージ量を算出する度に、ヒューズエレメント１４ａが劣化したか否かを判定する。本実施形態では、ダメージ量算出部３０は０．１［ｓｅｃ］毎に積算ダメージ量を算出するから、ヒューズ劣化判定部３２も０．１［ｓｅｃ］毎にヒューズエレメント１４ａの劣化を判定する。

まず、ダメージ許容量設定部２２は、車速センサ１８からの車速に基づいて、車両の現時点での走行距離を特定する。そして、予め設定されているダメージ許容量ライン（図２参照）と特定した走行距離に基づいて、現時点におけるダメージ許容量を設定する。

ヒューズ劣化判定部３２は、ダメージ量算出部３０が算出した積算ダメージ量が現時点におけるダメージ許容量以上である場合は、ヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定する。一方、ダメージ量算出部３０が算出した積算ダメージ量が現時点におけるダメージ許容量未満である場合は、ヒューズエレメント１４ａが未だ劣化していないと判定する。

ヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定された場合、ＥＣＵ２０は、車両の現時点での走行距離に応じて異なる処理を行う。

まず、図２に示された積算ダメージ量推移ラインＬ_１のように、ヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定されたときの走行距離Ｄ_１がＤ＿ｌｉｍｉｔ未満である場合、電流制御部３４が、ヒューズエレメント１４ａに流れる電流を制限する。具体的には、熱膨張により生じるヒューズエレメント１４ａの撓み量が、金属疲労がほとんど生じない弾性変形領域内に収まる程度に電流値を制限する。ヒューズエレメント１４ａに流れる電流値の制御は、例えば、バッテリ１２に接続されたインバータの動作条件を変更することなどによって実現される。なお、ヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定されたときの走行距離Ｄ_１がＤ＿ｌｉｍｉｔ未満である場合には、通知制御部３６はユーザに対する通知は行わない。

一方、図２に示された積算ダメージ量推移ラインＬ_２のように、ヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定されたときの走行距離Ｄ_２がＤ＿ｌｉｍｉｔ以上である場合、電流制御部３４がヒューズエレメント１４ａに流れる電流を制限すると共に、通知制御部３６が、ユーザに対してヒューズエレメント１４ａの劣化を通知する。通知制御部３６による通知の方法は、例えば車両に設けられたインジケータを点灯させるなどの方法であってよい。ユーザは通知制御部３６からの通知を受けた後速やかにヒューズ１４を交換することで、ヒューズエレメント１４ａの不意の疲労破断を防ぐことができる。

本実施形態に係るヒューズの劣化判定システム１０の概要は以上の通りである。本実施形態では、上述の通り、ダメージ量算出部３０は、単位時間毎にダメージ量を算出し、各単位時間について算出されたダメージ量を積算することで積算ダメージ量を算出する。図６に示す時間−電流値グラフにも示されているように、ヒューズエレメント１４ａに流れる電流の電流値はかなり変化する場合がある。そこで、本実施形態では、比較的短い時間である単位時間毎に区切ってダメージ量を算出することで、電流の変動に対応したより正確な積算ダメージ量を算出することを可能にしている。その観点からは単位時間はできるだけ短い方がよいということになるが、単位時間を短くするとＥＣＵ２０の演算負荷が高まるため、単位時間はダメージ量の算出精度とＥＣＵ２０の演算負荷の双方を考慮して決定されるのが望ましい。

また、本実施形態では、各単位時間の経過時点における、複数の時間幅の平均電流値に基づいて、複数の時間幅に対応する複数のダメージ量が算出され、当該複数のダメージ量のうちの最大のダメージ量が、当該単位時間のダメージ量として算出される。まず、ヒューズエレメント１４ａのダメージ量としては、ヒューズエレメント１４ａを流れる電流値のみからではなく、通電時間をも考慮しなければ適切なダメージ量が得られないところ、複数の時間幅毎の平均電流値から、複数のダメージ量が算出される。これにより、電流値のみならず通電時間を考慮した適切なダメージ量が算出される。その上で、複数の時間幅に対応する複数のダメージ量のうち最大のダメージ量が当該単位時間のダメージ量として特定されることで、ダメージ量が過小評価されることが防止される。

また、本実施形態では、ダメージ許容量設定部２２により、車両の走行距離が長くなるに従ってダメージ許容量が大きくなるようにダメージ許容量ラインが設定される。その上で、走行距離が通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔ未満である場合にヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定された場合は、ユーザへの通知は行わず、ヒューズエレメント１４ａを流れる電流の制限のみに留められる。これは、走行距離が通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔ以下である場合は、ヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定された場合であっても、その積算ダメージ量は、未だリミットダメージ量Ｆ’まで余裕があるため、電流制限のみで足りるからである。また、早期の通知をしないことで、ヒューズエレメント１４ａの積算ダメージ量がそれほど大きくないにも関わらず、ヒューズ１４が交換されてしまうことを防ぐ効果も奏する。

その一方で、走行距離が通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔ以上である場合にヒューズエレメント１４ａが劣化したと判定された場合は、ヒューズエレメント１４ａの積算ダメージ量は、リミットダメージ量Ｆ’に達していることになる。その場合は、ヒューズエレメント１４ａを流れる電流の制限を行うと共に、ヒューズ１４の交換をユーザに促すため、ユーザに対する通知が行われる。これにより、不意にヒューズエレメント１４ａが疲労破断することが防止される。

以下、図１０に示すフローチャートに従って、本実施形態に係るＥＣＵ２０の処理の流れを説明する。

ステップＳ１０において、ダメージ許容量設定部２２は、車速センサ１８が検出した車速に基づいて、車両の現時点（ここではＴ_１とする）の走行距離を算出する。

ステップＳ１２において、ダメージ許容量設定部２２は、予め設定されたダメージ許容量ラインとステップＳ１０で算出した走行距離に基づいて、現時点Ｔ_１におけるダメージ許容量を設定する。

ステップＳ１４において、平均電流値算出部２８は、電流センサ１６が検出した電流値に基づいて、電流値の絶対値の平均値である平均電流値を複数の時間幅毎に算出し、複数の時間幅毎の平均電流値の時間変化を示す時間−平均電流値グラフを生成する。

ステップＳ１６において、ダメージ量算出部３０は、ステップＳ１４で生成された時間−平均電流値グラフに基づいて、時刻Ｔ_１における複数の時間幅に対応する複数の平均電流値を算出する。

ステップＳ１８において、ダメージ量算出部３０は、ステップＳ１６で算出された複数の時間幅に対応する複数の平均電流値と、負荷−耐久回数グラフ２６に基づいて、複数の時間幅に対応する複数の耐久回数を算出する。

ステップＳ２０において、ダメージ量算出部３０は、ステップＳ１８で算出された複数の耐久回数に基づいて、複数の時間幅に対応する複数のダメージ量を算出する。

ステップＳ２２において、ダメージ量算出部３０は、ステップＳ２０で算出された複数のダメージ量のうち最大のダメージ量を当該単位時間のダメージ量として特定する。

ステップＳ２４において、ダメージ量算出部３０は、ステップＳ２２で特定された当該単位時間のダメージ量を、算出済みの各単位時間のダメージ量の総和に積算して積算ダメージ量を算出する。

ステップＳ２６において、ヒューズ劣化判定部３２は、ステップＳ２４で算出された積算ダメージ量が、ステップＳ１２で設定された現時点Ｔ_１におけるダメージ許容量以上であるか否かを判定する。積算ダメージ量がダメージ許容量未満である場合はステップＳ１０に戻って、ステップＳ１０〜Ｓ２６までの処理を繰り返す。つまり、次の単位時間のダメージ量を算出して積算ダメージ量を更新する。積算ダメージ量がダメージ許容量以上である場合はステップＳ２８に進む。

ステップＳ２８において、走行距離が通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔ未満である場合は、電流制御部３４は、ヒューズエレメント１４ａに流れる電流を制限する。走行距離が通知距離Ｄ＿ｌｉｍｉｔ未満である場合は、電流制御部３４がヒューズエレメント１４ａに流れる電流を制限すると共に、通知制御部３６は、ヒューズエレメント１４ａが劣化したことをユーザへ通知する。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

１０劣化判定システム、１２バッテリ、１４ヒューズ、１４ａヒューズエレメント、１６電流センサ、１８車速センサ、２０ＥＣＵ、２２ダメージ許容量設定部、２４メモリ、２６負荷−耐久回数グラフ、２８平均電流値算出部、３０ダメージ量算出部、３２ヒューズ劣化判定部、３４電流制御部、３６通知制御部。

Claims

ヒューズが有するヒューズエレメントについての、熱膨張と熱収縮との繰り返しによる劣化を判定するヒューズの劣化判定装置であって、
前記ヒューズエレメントに流れる電流値及び通電時間に基づいて算出される負荷と、前記ヒューズエレメントに与えるダメージ量との関係を通電時間毎に示す対負荷ダメージ量情報を記憶するメモリと、
前記ヒューズエレメントを流れる電流値の時間変化に基づいて、複数の時間幅毎に、電流値の絶対値の平均値である平均電流値の時間変化を算出する平均電流値算出部と、
予め定義された単位時間毎に前記ヒューズエレメントが受けたダメージ量を算出し、各単位時間の各ダメージ量を積算して前記ヒューズエレメントの積算ダメージ量を算出するダメージ量算出部であって、各単位時間のダメージ量を、当該単位時間の経過時点における前記複数の時間幅に対応する複数の平均電流値と、前記対負荷ダメージ量情報とから算出される、前記複数の時間幅に対応する複数のダメージ量のうち、最大のダメージ量とするダメージ量算出部と、
前記積算ダメージ量が、所定の方法で定義されたダメージ許容量以上となった場合に前記ヒューズエレメントが劣化したと判定するヒューズ劣化判定部と、
を備えることを特徴とするヒューズの劣化判定装置。