JP4624400B2 - 車両用の電線保護方法および電線保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用の電線保護方法および電線保護装置に関し、特に車両において電源から負荷へ電力を供給するために用いられる電線の保護方法および電線保護装置に関する。

車両用ワイヤーハーネスは、経時劣化や磨耗などにより内部の芯線がボディーなどと接触してショートする恐れがある。そのため、こうしたショートによる電線被覆の発煙や電流制御素子（スイッチ素子）の保護のために、従来、過熱状態を検出して溶断する熱ヒューズが使用された。しかしながら、このような熱ヒューズの使用は、電装品の増加に伴い設置スペースの確保が課題となってきている。また、溶断後復帰させるには、新しい熱ヒューズの付け替えが必要であり、メンテナンスが煩雑であった。そのほか、ヘッドランプ等の突入電流の大きな負荷に対して繰り返し通電した場合、劣化により溶断時間が短くなる性質がある。また、初期バラツキや温度依存性により溶断時間が異なる反面、正常動作時に溶断してはならない制約があるため、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、熱ヒューズでの保護が可能な発煙電流の大きな太めの電線を使用しなければならない課題があった。
また、近年では直接電線に温度センサーを取り付け、電線の温度を測定し、電線が異常な温度に達した場合に通電電流を遮断させる技術が報告されている（特許文献１参照）。
特開平１１−１３９２２３号公報

ところで、上記特許文献１に示された、ワイヤーハーネス自身に線状サーミスタ等の測温素子を取り付け、ハーネスの温度を直接測定する方法においては、構造が複雑になり、コストが増加するという不都合が生じる。また、束ねられたワイヤーハーネスのうち、中央付近に配置された電線１本が温度上昇する場合には、正確に温度を把握するのは不可能であった。

そこで、本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、簡単な構造で、様々なショート電流による温度上昇から電線を確実に保護できる電線の保護方法および保護装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の一形態に係る車両用の電線保護方法は、車両において電源から負荷へ電力を供給するために用いられる電線を保護する方法であって、前記負荷への通電電流を所定時間毎に検出する工程と、前記検出された通電電流に起因する前記所定時間内の前記電線の発熱及び放熱特性に基づいて前記電線の基準温度からの上昇温度を算出し、該電線の上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を推定する工程と、前記推定された電線の温度が所定の上限温度未満かどうかを判定する工程と、前記判定する工程において、前記推定された電線の温度が前記所定の上限温度未満であると判定された場合、前記上昇温度を用いて、新たに検出された通電電流に起因する前記電線の前記所定時間内における発熱及び放熱特性に基づいて前記電線の前記基準温度からの新たな上昇温度を算出し、該新たな上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を新たに推定する工程と、前記判定する工程において、前記推定された電線の温度が所定の上限温度以上であると判定された場合、前記電源から前記負荷への電力の供給を停止する工程とを含み、前記電線の温度を推定する工程は、前記所定時間内の前記電線の発熱及び放熱特性に基づく前記電線の上昇温度を、下記関係式に基づき算出し、その算出において、下記関係式におけるＲｗ（ｎ）を、前記所定の上限温度に対応する前記Ｒｗ（ｎ）であって温度に依存しない一定値として、前記電線の上昇温度を算出し、前記基準温度を、前記電線が配設された場所の環境温度のうち最高温度の環境温度に設定する、車両用の電線保護方法。

ΔＴｗ（ｎ）＝ ΔＴｗ（ｎ−１）×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）＋Ｒｔｈｗ
×Ｒｗ（ｎ−１）×Ｉ（ｎ−１）²×（１−ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ））
ここで、 I（ｎ）：検出ｎ（１以上の整数）回目の検出通電電流値（Ａ）
ΔＴｗ（ｎ）：検出ｎ回時での電線上昇温度（℃）
Ｒｗ（ｎ）＝Ｒｗ（０）×（１＋κｗ×（Ｔｗ−Ｔｏ））
：検出ｎ回時の電線抵抗（Ω）
Ｒｗ（０）：温度Ｔｏでの電線抵抗（Ω）
Ｒｔｈｗ：電線熱抵抗（℃／Ｗ）
τｗ：電線放熱時定数（ｓ）
κｗ：電線抵抗温度係数（／℃）
Δｔ：所定時間（ｓ）
Ｔｗ＝基準温度＋ΔＴｗ（ｎ）
：検出ｎ回時の電線温度（℃）

この構成においては、所定時間毎に、通電電流を検出し、その通電電流を用いて現在の電線温度を推定し、現在の電線温度と電線の許容される上限温度とを比較している。そのため、図１１に示すような、オン／オフを繰り返すようなショート電流によって電線温度が上昇した場合であっても、それを確実に検知して、電線が発煙温度に達する前に通電電流を遮断して、電線の発煙を防止することができる。また、従来の熱ヒューズのように突入電流によって劣化する要因がなく、また温度を正確に推定することができるため、電線が発煙する寸前まで電流を流して使用すすことが可能となる。

さらに、電線温度を通電電流のみの検出によって推定するため、電線保護に係る構造を簡単に構成することができる。

また、上記の目的を達成するための別の手段として、本発明の一形態に係る車両用の電線保護装置は、車両において電源と負荷との間に設けられ、前記電源から前記負荷へ電力を供給するために用いられる電線を保護する装置であって、前記電源から前記負荷への通電路に設けられ、前記負荷への電力供給をスイッチする半導体スイッチ素子と、前記半導体スイッチ素子に流れる負荷への通電電流を所定時間毎に検出する電流検出回路と、前記検出された通電電流に起因する前記所定時間内の前記電線の発熱及び放熱特性に基づいて前記電線の基準温度からの上昇温度を算出し、該電線の上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を推定する演算回路と、前記推定された電線の温度が所定の上限温度未満かどうかを判定し、前記推定された電線の温度が前記所定の上限温度未満であると判定した場合には、前記演算回路に、前記上昇温度を用いて、新たに検出された通電電流に起因する前記電線の前記所定時間内における発熱及び放熱特性に基づいて前記電線の前記基準温度からの新たな上昇温度を算出し、該新たな電線の上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を新たに推定させ、前記推定された電線の温度が前記所定の上限温度以上であると判定した場合には、前記半導体スイッチ素子をオフして、前記電源から前記負荷への電力の供給を停止させる保護回路と、前記基準温度を、前記電線が配設された場所の環境温度のうちの最高温度の環境温度に設定する基準温度設定回路と、を備え、前記演算回路は、前記所定時間内の前記電線の発熱及び放熱特性に基づく前記電線の上昇温度を、下記関係式に基づき算出し、その算出において、下記関係式におけるＲｗ（ｎ）を、前記所定の上限温度に対応する前記Ｒｗ（ｎ）であって温度に依存しない一定値として、前記電線の上昇温度を算出する、車両用の電線保護装置。

ΔＴｗ（ｎ）＝ ΔＴｗ（ｎ−１）×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）＋Ｒｔｈｗ
×Ｒｗ（ｎ−１）×Ｉ（ｎ−１）²×（１−ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ））
ここで、 I（ｎ）：検出ｎ（１以上の整数）回目の検出通電電流値（Ａ）
ΔＴｗ（ｎ）：検出ｎ回時での電線上昇温度（℃）
Ｒｗ（ｎ）＝Ｒｗ（０）×（１＋κｗ×（Ｔｗ−Ｔｏ））
：検出ｎ回時の電線抵抗（Ω）
Ｒｗ（０）：温度Ｔｏでの電線抵抗（Ω）
Ｒｔｈｗ：電線熱抵抗（℃／Ｗ）
τｗ：電線放熱時定数（ｓ）
κｗ：電線抵抗温度係数（／℃）
Δｔ：所定時間（ｓ）
Ｔｗ＝基準温度＋ΔＴｗ（ｎ）
：検出ｎ回時の電線温度（℃）

この構成によれば、上記本発明による電線保護方法と同様の作用・効果を得ることができる。

また、上記構成において、前記通電電流を電圧に変換し、変換信号を生成する変換回路と、前記変換信号をフィルタリングするローパスフィルタとをさらに備え、前記ローパスフィルタの時定数は、前記所定時間より大きく、前記電線の放熱時定数より小さいことが好ましい。この場合、高速な電流変動信号をなまらせることで、マイクロコンピュータでの演算が可能となる。

また、上記構成において、前記電線は、前記半導体スイッ素子から前記負荷まで間に配設される車両用のワイヤーハーネスであり、前記演算回路および保護回路は、マイクロコンピュータとして構成されることが好ましい。この場合、安価な構成で演算処理が可能となる。

本発明によれば、簡単な構造で、様々なショート電流による温度上昇から電線を確実に保護することができる。

＜実施形態＞
本発明の実施形態を図１〜図５を参照しつつ説明する。なお、本実施形態においては、保護される電線として車両のワイヤーハーネスを想定しているが、これに限られない。

図１は、本発明による電線（ワイヤーハーネス）の保護の概念を示す説明図である。図１に示されるように、本発明においては、通電電流Ｉによるハーネスの損失、すなわちハーネスの発熱とハーネスの放熱時定数τｗとからハーネスの温度上昇ΔＴｗを直接算出する。次いで、ハーネスの温度上昇ΔＴｗからハーネスの温度を推定する。この推定されたハーネス温度と所定のしきい値（上限値）とが比較され、ハーネス温度が所定のしきい値以上のとき、通電電流Ｉを遮断してハーネスを保護する。

より詳しくは、電線（ワイヤーハーネス）を介して負荷へ供給される通電電流Ｉを所定時間毎に検出し、検出された通電電流に起因する所定時間内の電線の発熱及び放熱特性に基づいて電線の基準温度からの上昇温度を算出し、該電線の上昇温度を前記基準温度に加算して電線の温度を推定する。次いで、推定された電線の温度が所定の上限温度未満かどうかを判定し、推定された電線の温度が所定の上限温度未満であると判定された場合、上昇温度を用いて、新たに検出された通電電流に起因する電線の所定時間内における発熱及び放熱特性に基づいて電線の基準温度からの新たな上昇温度を算出し、その新たな電線の上昇温度を基準温度に加算して電線の温度を新たに推定する。そして、推定された電線の温度が所定の上限温度以上であると判定された場合、電源から負荷への電力の供給が停止されて、電線が保護される。

次に、図２を参照して本発明による電線保護装置を説明する。図２は、本発明による電線保護装置１００の概略的な構成図である。電線保護装置１００は、マイクロコンピュータ１０、複数（本実施形態では８個）の入力回路２０、複数（本実施形態では８個）の出力回路３０、基準温度設定回路４０、およびレギュレータＩＣ５０等を含む。なお、入力回路２０および出力回路３０の数は、保護する電線数に応じて適宜変更される。

マイクロコンピュータ１０は、本発明による、「演算回路」および「保護回路」に相当し、以下で詳述するように、ワイヤーハーネスの上昇温度ΔＴｗを算出するとともに、ワイヤーハーネスの温度Ｔｐを推定する。マイクロコンピュータ１０は、ＷＤＴ（ウォッチドッグ端子）１１、発振子端子１２、複数のＩ／Ｏ端子１３、複数のＡ／Ｄ変換入力端子１４等を備える。なお、マイクロコンピュータ１０は、以下に示す本発明に係る電線を保護するための演算、判定および保護等の動作、すなわち電線保護方法に係る動作を、例えばマイクロコンピュータ１０内のメモリ（図示せず）に格納されたプログラムの命令に従って実行する。

各入力回路２０は、入力Ｉ／Ｆ（インターフェース）回路を含む。入力回路２０には、マイクロコンピュータ１０に対する様々な入力信号が入力され、各入力信号がマイクロコンピュータ１０に適合する信号に変換される。

出力回路３０は、出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）回路３１、ＩＰＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｓｗｉｔｃｈ）３２、ＣＲローパスフィルタ３３および電流電圧変換回路（変換回路）３４等を含む。

ＩＰＳ３２は、半導体スイッチ素子（ここでは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）３５、チャージポンプ３６、自己保護回路３７、およびセンスＭＯＳＦＥＴ（本発明の「電流検出回路」に相当する）３８を含む。半導体スイッチ素子３５は、電源Ｖｄｃからの負荷への通電電流Ｉをオン／オフし、チャージポンプ３６は半導体スイッチ素子３５への制御電圧を昇圧する。自己保護回路３７は半導体スイッチ素子３５を過電流から保護し、センスＭＯＳＦＥＴ３８は負荷電流Ｉと所定の比率関係を有するセンス電流を生成する。

センス電流は、電流電圧変換回路３４によって、センス電流と比例関係を有するセンス電圧信号（変換信号）Ｖｓｅｎｓに変換される。電流電圧変換回路は、例えばセンス電流検出抵抗によって構成される。センス電圧信号ＶｓｅｎｓはＣＲローパスフィルタ３３に供給される。ＣＲローパスフィルタ３３はセンス電圧信号Ｖｓｅｎｓから所定の高周波成分を除去し、高周波成分が除去されたセンス電圧信号Ｖｓｅｎｓをマイクロコンピュータ１０のＡ／Ｄ変換入力端子１４に供給する。ここで、ＣＲローパスフィルタ３３の時定数は、サンプリンング間隔に対して十分大きく、ハーネスの放熱時定数に対して十分小さいことが好ましい。本実施形態では、ＣＲローパスフィルタ３３の時定数は２０ｍｓとしている。

マイクロコンピュータ１は、センス電圧信号Ｖｓｅｎｓを通電電流Ｉに換算する。例えば、センス電圧信号Ｖｓｅｎｓと通電電流Ｉとの対応マップによって通電電流Ｉの実際の値を得る。この対応マップは、例えばマイクロコンピュータ１０内のメモリ（図示せず）に格納されている。

基準温度設定回路４０は、マイクロコンピュータ１０が電線温度の推定を開始する際の基準温度を設定する。基準温度設定回路４０は、例えば車両のエンジンルームに設けられた温度センサ（図示せず）と、該温度センサからのセンサ信号を増幅してエンジンルームの温度を示す温度信号を生成する増幅回路（図示せず）とを含む。基準温度設定回路４０はエンジンルームの温度を示す温度信号を基準温度としてマイクロコンピュータ１０のＡ／Ｄ変換入力端子１４に供給する。なお、基準温度設定回路４０は検出する環境温度の数に応じて複数の温度センサおよび複数の増幅回路を含む。さらに、基準温度設定回路４０は、検出された複数の環境温度の中から１つの基準温度を選択するための比較回路等を含んでもよい。

レギュレータＩＣ５０は、所定の直流電圧、例えば１２Ｖをマイクロコンピュータ１０の電源電圧、例えば５Ｖに変換して、５Ｖの直流電圧をマイクロコンピュータ１０に供給する。

＜電線温度の推定方法＞
次に、マイクロコンピュータ１０による電線温度の推定方法を図３〜図５を参照して説明する。図３は電線温度推定モデルを説明する図であり、電線上昇温度ΔＴは、電線導体の発熱Ｔ１と電線の放熱Ｔ２との差として示される。図３の等価回路は熱に関する等価回路を示すものである。

マイクロコンピュータ１０は、図４および下に示す式１の電線の放熱および発熱に関する関係式に、検出された通電電流Ｉの値を代入して電線の上昇温度ΔＴｗを算出する。式１は、図４に示されるように、電線の放熱に係る項と電線の発熱に係る項からなる。
ΔＴｗ（ｎ）＝ ΔＴｗ（ｎ−１）×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）＋Ｒｔｈｗ
×Ｒｗ（ｎ−１）×Ｉ（ｎ−１）²×（１−ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ））
…（式１）
ここで、 I（ｎ）：サンプリング（検出）ｎ（１以上の整数）回目の電流値（Ａ）
ΔＴｗ（ｎ）：サンプリングｎ回時での電線上昇温度（℃）
Ｒｗ（ｎ）：サンプリングｎ回時の電線抵抗（Ω）
Ｒｗ（０）：温度Ｔｏでのハーネス（電線）抵抗（Ω）
Ｒｔｈｗ：ハーネス（電線）熱抵抗（℃／Ｗ）
τｗ：ハーネス（電線）放熱時定数（ｓ）
κｗ：ハーネス（電線）抵抗温度係数（／℃）
Δｔ：サンプリング間隔（所定時間）（ｓ）
マイクロコンピュータ１０は、基準温度に、算出された電線の上昇温度ΔＴｗを加算して現在の電線温度Ｔｐを推定する。その際、電線のサンプリング間隔（所定時間）Δｔ当たりの温度変化ΔＴｓを算出し、このサンプリング間隔Δｔ当たりの温度変化ΔＴｓを用いて電線の上昇温度ΔＴｗを算出する。

次に、マイクロコンピュータ１０は、この現在の電線温度Ｔｐを、電線の所定の上限温度Ｔｍａｘと比較し、電線温度Ｔｐが上限温度Ｔｍａｘ未満かどうかを判定する。電線温度Ｔｐが上限温度Ｔｍａｘ未満であると判定した場合には、マイクロコンピュータ１０は、次のサンプリング間隔Δｔ当たりの温度変化ΔＴｓを計算し、サンプリング間隔Δｔ当たりの温度変化ΔＴｓを前回算出した電線の上昇温度ΔＴｗ（ｎ−１）に加算し、今回までの基準温度からの電線の上昇温度ΔＴｗ（ｎ）を新たに算出する。マイクロコンピュータ１０は、算出した上昇温度ΔＴｗ（ｎ）を基準温度に加算して今回の電線温度Ｔｐとする。電線温度Ｔｐが上限温度Ｔｍａｘ以上となるまで、上昇温度ΔＴｗの算出、電線温度Ｔｐの推定、および電線温度Ｔｐと上限温度Ｔｍａｘとの比較を繰り返す。

なお、サンプリング間隔Δｔ当たりの温度変化ΔＴｓは、式１を変形した下の式１Ａで示される。
ΔＴｓ＝ΔＴｗ（ｎ）−ΔＴｗ（ｎ−１）
＝（Ｒｔｈｗ×Ｒｗ（ｎ−１）×Ｉ（ｎ−１）²−ΔＴｗ（ｎ−１））×（１−ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）） …（式１Ａ）
そして、電線温度Ｔｐが上限温度Ｔｍａｘ未満でない、すなわち、電線温度Ｔｐが上限温度Ｔｍａｘ以上であると判定した場合、マイクロコンピュータ１０は、半導体スイッチ素子３５をオフして電線を保護するための保護信号を生成し、保護信号をＩＰＳ３２に供給する。半導体スイッチ素子３５は、保護信号によってオフされ、電線への通電が遮断される。そのため、電線のさらなる温度上昇が避けられる。

図５は、式１をさらに詳しく説明する図である。ここで、図５および下の式２に示されるように、サンプリングｎ回時の電線抵抗Ｒｗ（ｎ）は電線上昇温度ΔＴｗ（ｎ）、すなわち（Ｔｗ−Ｔｏ）に依存する変数である。

Ｒｗ（ｎ）＝Ｒｗ（０）×（１＋κｗ×（Ｔｗ−Ｔｏ）） …（式２）
ここで、 Ｔｗ：検出ｎ回時での電線温度（℃）
Ｔｏ：所定温度（例えば、２０℃）
また、図５に示される電線上昇温度ΔＴｗ（ｎ）に係る式は、式１に至るまでの経過を示すもので、式１と同一内容を示す。ここで、サンプリング間隔Δｔ、ハーネス放熱時定数τｗ、ハーネス熱抵抗Ｒｔｈｗ、およびハーネス抵抗（初期値、例えば２０℃での値）Ｒｗ（０）は定数であり、温度推定される電線に応じて設定される。

＜試験例＞
次に、本発明に係る電線温度推定の試験例を図６〜図１０を参照しつつ説明する。図６は、本発明に係る電線温度推定の試験条件を示す説明図である。本試験においては、試験電線として断面積０．８５平方ｍｍ、長さ３ｍの銅線（ＡＶＳＳ０．８５ｓｑ）が使用され、３．５ｍΩのオン抵抗を有する半導体スイッチ素子が使用された。電線の実測温度の測定は、電線の中間点にて行われた。試験電線および電線温度推定試験装置は、無風状態で温度２５℃の恒温槽内に配置された。

図７は、試験に使用されたステップ電流の波形を示すグラフであり、図８は、そのステップ電流に対する演算電線温度および実測電線温度の変化を示すグラフである。図８に示されるように、演算電線温度の変化が実測電線温度の変化にほぼ一致することが確認された。

図９は、電流値の異なる試験ステップ電流に対する演算電線温度の時間変化を示すグラフであり、図１０は、各試験ステップ電流による限界特性の試験結果と従来の熱ヒューズの溶断特性との関係を示すグラフである。上限（遮断）温度は１５０℃に設定された。図９に示されるように、試験ステップ電流として、５種類の電流値（２５．０Ａ、２９．０Ａ、３０．０Ａ、４０．０Ａ、５０．０Ａ）を有するステップ電流が使用され、試験開始から、それぞれ１９４．３秒、６５．６秒、５９．３秒、２４．５秒、１４．０秒の後に、電流が遮断されることが確認された。また、試験による遮断に至るまでの通電時間と電流値との関係をプロットすると、そのプロット点は、図１０に示されるように、銅電線の発煙曲線（限界特性）に沿うものであることが確認された。そのため、同図１０に示される、従来の熱ヒューズを使用する場合と比較して、本発明に係る電線温度推定方法によれば、突入電流によって劣化する要因がなく、また温度を正確に推定することができるため、電線が発煙する寸前まで電流を流すことも可能となる。

＜効果＞
上記したように、本実施形態においては、所定のサンプリング間隔Δｔ毎に、通電電流Ｉを検出し、その通電電流Ｉを用いて現在の電線温度Ｔｐを推定し、電線温度Ｔｐと電線の許容される上限温度Ｔｍａｘとを比較している。そのため、図１１に示したような、オン／オフを繰り返すようなショート電流によって電線温度Ｔｐが上昇した場合であっても、電線温度Ｔｐの上昇を確実に検知して、電線が発煙温度に達する前に通電電流を遮断することができる。その結果、電線の発煙を防止することができる。

さらに、電線温度Ｔｐを通電電流Ｉのみの検出によって推定するため、電線保護に係る構造を簡単に構成できる。

また、本発明による電線保護回路１００の構成は、既存の素子によって構成可能である。そのため、その製造コストを安く抑えることができ、また既存の保護回路からの変更も容易となる。

さらに、本発明による電線保護回路１００を、１個のマイクロコンピュータ１０の制御で複数の出力回路１０、すなわち複数の電線に対する保護に適応させることもできる。そのため電線保護回路１００全体の部品点数およびコストを低減させることもできる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態においては、サンプリングｎ回時の電線抵抗Ｒｗ（ｎ）は電線上昇温度ΔＴｗ（ｎ）に依存する変数として、式２によって求める例を示したが、特にこれに限定されない。電線抵抗Ｒｗを温度によらず一定値として電線の上昇温度ΔＴｗを算出するようにしてもよい。この場合、その一定値を適宜選択することにより、電線温度Ｔｐが上限温度Ｔｍａｘに到達するまでの時間を電線を保護する要求に応じて適宜変更することができる。すなわち、電線保護の度合いに対応させて、電線の保護対策を講じることができる。

例えば、電線抵抗Ｒｗを電線上限温度Ｔｍａｘに対応する値に固定して上昇温度ΔＴｗを算出するようにしてもよい。この場合、実際より電線の温度上昇が厳しい条件、すなわち実際より電線の温度上昇が大きい条件で上昇温度ΔＴｗが算出される。そのため、電線抵抗Ｒｗを電線上限温度Ｔｍａｘに対応する値に固定することは、電線をより早く保護したい場合に、好適である。

（２）上記実施形態においては、エンジンルームの温度を基準温度とする例を示したが、基準温度はこれに限定されない。例えば、保護する電線が車両室内に配設される場合には、車両室温が基準温度とされてもよいし、保護する電線が主に車外に配設される場合には、車外温が基準温度とされてもよい。要は、基準温度は、保護される電線が配設された場所の環境温度に応じて設定されるものであればよい。

さらに、保護する電線がエンジンルームおよび車両室内のように温度の異なる環境に渡って配設される場合には、基準温度は、電線が配設された場所の環境温度のうち最高温度の環境温度（この場合、エンジンルームの温度）に設定されるようにしてもよい。この場合、電線の温度上昇が最も厳しい条件、すなわち電線の温度上昇が最も大きい条件で上昇温度ΔＴｗが算出される。そのため、電線が早い段階で確実に保護される。

（３）上記実施形態においては、基準温度設定回路４０をマイクロコンピュータ１０とは個別の構成としたが、基準温度設定回路４０の機能をマイクロコンピュータ１０が行うように構成してもよい。その際、マイクロコンピュータ１０は個別に配置される温度センサから環境温度に係る情報を受け取り、その温度情報を用いて基準温度を設定する。

（４）上記実施形態においては、半導体スイッチ素子３５として、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴを使用する例を示したが、これに限定されない。例えば、半導体スイッチ素子３５として、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴを使用してもよいし、バイポーラトランジスタを使用してもよい。

（５）上記実施形態においては、通電電流ＩをセンスＭＯＳＦＥＴ３８によって検出する例を示したがこれに限定されない。例えば、シャント抵抗を用いて通電電流Ｉを検出するようにしてもよい。

（６）上記実施形態においては、演算回路および保護回路をマイクロコンピュータによって構成し、本発明による電線保護方法に係る動作をマイクロコンピュータによって実行する例を示したが、特にこれに限られない。演算回路および保護回路は、例えば、個別に、論理回路によって構成されるようにしてもよい。

本発明の電流保護方法を説明する説明図 本発明の電流保護装置の構成を示す概略的なブロック図 本発明に係る電線温度推定モデルを説明する説明図 本発明に係る電線温度推定演算を説明する説明図 本発明に係る電線温度推定演算式を説明する説明図 電線温度推定の試験条件を示す説明図 電線温度推定の試験に使用した試験ステップ電流の波形図 図７の試験電流に対する電線温度の変化を示すグラフ 電流値の異なる試験ステップ電流に対応する演算電線温度の時間変化を示すグラフ 電線温度推定の試験結果による遮断特性と従来の熱ヒューズの溶断特性との関係を示すグラフ 従来の、ステップ電流と電線温度との関係を示すグラフ

符号の説明

１０…マイクロコンピュータ（演算回路、保護回路）
３０…出力回路
３３…ＣＲローパスフィルタ
３４…電流電圧変換回路
３５…ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチ素子）
３８…センスＭＯＳＦＥＴ（電流検出回路）
４０…基準温度設定回路
１００…電線保護装置

Claims (5)

1. 車両において電源から負荷へ電力を供給するために用いられる電線を保護する方法であって、
   前記負荷への通電電流を所定時間毎に検出する工程と、
   前記検出された通電電流に起因する前記所定時間内の前記電線の発熱及び放熱特性に基づいて前記電線の基準温度からの上昇温度を算出し、該電線の上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を推定する工程と、
   前記推定された電線の温度が所定の上限温度未満かどうかを判定する工程と、
   前記判定する工程において、前記推定された電線の温度が前記所定の上限温度未満であると判定された場合、前記上昇温度を用いて、新たに検出された通電電流に起因する前記電線の前記所定時間内における発熱及び放熱特性に基づいて前記電線の前記基準温度からの新たな上昇温度を算出し、該新たな上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を新たに推定する工程と、
   前記判定する工程において、前記推定された電線の温度が所定の上限温度以上であると判定された場合、前記電源から前記負荷への電力の供給を停止する工程とを含み、
   前記電線の温度を推定する工程は、前記所定時間内の前記電線の発熱及び放熱特性に基づく前記電線の上昇温度を、下記関係式に基づき算出し、
   その算出において、
   下記関係式におけるＲｗ（ｎ）を、前記所定の上限温度に対応する前記Ｒｗ（ｎ）であって温度に依存しない一定値として、前記電線の上昇温度を算出し、
   前記基準温度を、前記電線が配設された場所の環境温度のうち最高温度の環境温度に設定する、車両用の電線保護方法。
   
   ΔＴｗ（ｎ）＝ ΔＴｗ（ｎ−１）×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）＋Ｒｔｈｗ
   ×Ｒｗ（ｎ−１）×Ｉ（ｎ−１）²×（１−ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ））
   ここで、 I（ｎ）：検出ｎ（１以上の整数）回目の検出通電電流値（Ａ）
   ΔＴｗ（ｎ）：検出ｎ回時での電線上昇温度（℃）
   Ｒｗ（ｎ）＝Ｒｗ（０）×（１＋κｗ×（Ｔｗ−Ｔｏ））
   ：検出ｎ回時の電線抵抗（Ω）
   Ｒｗ（０）：温度Ｔｏでの電線抵抗（Ω）
   Ｒｔｈｗ：電線熱抵抗（℃／Ｗ）
   τｗ：電線放熱時定数（ｓ）
   κｗ：電線抵抗温度係数（／℃）
   Δｔ：所定時間（ｓ）
   Ｔｗ＝基準温度＋ΔＴｗ（ｎ）
   ：検出ｎ回時の電線温度（℃）
   
2. 車両において電源と負荷との間に設けられ、前記電源から前記負荷へ電力を供給するために用いられる電線を保護する装置であって、
   前記電源から前記負荷への通電路に設けられ、前記負荷への電力供給をスイッチする半導体スイッチ素子と、
   前記半導体スイッチ素子に流れる負荷への通電電流を所定時間毎に検出する電流検出回路と、
   前記検出された通電電流に起因する前記所定時間内の前記電線の発熱及び放熱特性に基づいて前記電線の基準温度からの上昇温度を算出し、該電線の上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を推定する演算回路と、
   前記推定された電線の温度が所定の上限温度未満かどうかを判定し、
   前記推定された電線の温度が前記所定の上限温度未満であると判定した場合には、前記演算回路に、前記上昇温度を用いて、新たに検出された通電電流に起因する前記電線の前記所定時間内における発熱及び放熱特性に基づいて前記電線の前記基準温度からの新たな上昇温度を算出し、該新たな電線の上昇温度を前記基準温度に加算して前記電線の温度を新たに推定させ、
   前記推定された電線の温度が前記所定の上限温度以上であると判定した場合には、前記半導体スイッチ素子をオフして、前記電源から前記負荷への電力の供給を停止させる保護回路と、
   前記基準温度を、前記電線が配設された場所の環境温度のうちの最高温度の環境温度に設定する基準温度設定回路と、
   を備え、
   前記演算回路は、前記所定時間内の前記電線の発熱及び放熱特性に基づく前記電線の上昇温度を、下記関係式に基づき算出し、その算出において、下記関係式におけるＲｗ（ｎ）を、前記所定の上限温度に対応する前記Ｒｗ（ｎ）であって温度に依存しない一定値として、前記電線の上昇温度を算出する、車両用の電線保護装置。
   
   ΔＴｗ（ｎ）＝ ΔＴｗ（ｎ−１）×ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ）＋Ｒｔｈｗ
   ×Ｒｗ（ｎ−１）×Ｉ（ｎ−１）²×（１−ｅｘｐ（−Δｔ／τｗ））
   ここで、 I（ｎ）：検出ｎ（１以上の整数）回目の検出通電電流値（Ａ）
   ΔＴｗ（ｎ）：検出ｎ回時での電線上昇温度（℃）
   Ｒｗ（ｎ）＝Ｒｗ（０）×（１＋κｗ×（Ｔｗ−Ｔｏ））
   ：検出ｎ回時の電線抵抗（Ω）
   Ｒｗ（０）：温度Ｔｏでの電線抵抗（Ω）
   Ｒｔｈｗ：電線熱抵抗（℃／Ｗ）
   τｗ：電線放熱時定数（ｓ）
   κｗ：電線抵抗温度係数（／℃）
   Δｔ：所定時間（ｓ）
   Ｔｗ＝基準温度＋ΔＴｗ（ｎ）
   ：検出ｎ回時の電線温度（℃）
   
3. 前記通電電流を電圧に変換し、変換信号を生成する変換回路と、前記変換信号をフィルタリングするローパスフィルタとをさらに備え、前記ローパスフィルタの時定数は、前記所定時間より大きく、前記電線の放熱時定数より小さい請求項２に記載の車両用の電線保護装置。
4. 前記電線は、前記半導体スイッチ素子から前記負荷までの間に配設される車両用のワイヤーハーネスであり、
   前記演算回路および保護回路は、マイクロコンピュータとして構成される請求項２または請求項３に記載の車両用の電線保護装置。
5. 前記演算回路および保護回路は、ハードウェアロジックによって構成される請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の車両用の電線保護装置。

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