JP5278007B2 - ヒューズの温度推定方法及びヒューズ装置 - Google Patents

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本発明は、ヒューズエレメントと、ヒューズエレメント及び電線を接続するヒューズフレームとを備えたヒューズの温度推定方法、並びにこの温度推定方法により、電線に仮想接続されたヒューズの温度を推定し、推定した温度が所定温度を超えたときに、電線に流れる電流を遮断するヒューズ装置に関するものである。
特許文献1には、流出電流検知手段が電源線を通る流出電流の大きさを、流入電流検知手段が電源線を通る流入電流の大きさをそれぞれ検知し、異常検出手段が、流入電流が流出電流よりも小さいときに電源線の異常を検出する車両用電源供給装置が開示されている。
この車両用電源供給装置は、異常検出手段が電源線の異常を検出するに応じて、演算手段が、流出電流及び流入電流の差電流とサンプリング周期とに基づいてジュール積分量を求める。
演算手段が求めたジュール積分量が、電源線に固有の発煙特性によって決定されるジュール積分値に安全率を乗じた所定値になったときに、制御手段が、電源線開閉手段を開制御するか、補助電源線を通じて電流を流出させる補助電源線開閉手段を閉制御する。
特開平10−68754号公報
特許文献1に開示された車両用電源供給装置では、演算手段が求めたジュール積分量が所定値になったときに、電線が発煙する前に、電源線開閉手段を開制御するか補助電源線開閉手段を閉制御して、電流を遮断するか補助電源線へ分流させている。
ところが、ある電流値が継続的に流れた場合、実際のヒューズでは、ジュール熱の一部が外部へ放出されるので、時間の経過に従って温度が上昇して行くことになる。それに対して、上述した車両用電源供給装置のように、ヒューズに代えて、電源線開閉手段で電流を遮断する場合、ジュール熱の外部への放出分を考慮しないので、サンプリング周期より充分長い間隔でチャタリングショートが発生している場合、実際のヒューズより電流を遮断するのが早くな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、第1発明では、電線に流れる電流値に基づき、実際のヒューズの温度上昇をシミュレートできるヒューズの温度推定方法を提供することを目的とする。
第2,3発明では、第1発明に係るヒューズの温度推定方法により、電線に仮想接続されたヒューズの温度を推定できるヒューズ装置を提供することを目的とする。
第1発明に係るヒューズの温度推定方法は、所定温度に達したときに溶断するヒューズエレメントと、該ヒューズエレメント及び電線を接続する為のヒューズフレームとを備えたヒューズの温度推定方法であって、前記ヒューズの周辺の温度と、前記ヒューズエレメントに流れる電流による該ヒューズエレメントの発熱量、該ヒューズエレメントからヒューズフレームへの熱抵抗、並びに該熱抵抗及び前記ヒューズエレメントの熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第1の時定数に基づき算出した温度上昇分と、前記発熱量、前記ヒューズフレームから電線及び外気への合成熱抵抗、並びに該合成熱抵抗及び前記ヒューズフレームと電線と外気との合成熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第2の時定数に基づき算出した温度上昇分とを加算して、前記ヒューズの温度を算出することを特徴とする。
このヒューズの温度推定方法では、所定温度に達したときに溶断するヒューズエレメントと、ヒューズエレメント及び電線を接続する為のヒューズフレームとを備えたヒューズの温度を推定する。
先ず、ヒューズエレメントに流れる電流によるヒューズエレメントの発熱量、ヒューズエレメントからヒューズフレームへの熱抵抗、並びに熱抵抗及びヒューズエレメントの熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第1の時定数に基づく温度上昇分を算出する。
次に、ヒューズエレメントの発熱量、ヒューズフレームから電線及び外気への合成熱抵抗、並びにこの合成熱抵抗及びヒューズフレームと電線と外気との合成熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第2の時定数に基づく温度上昇分を算出する。
次に、ヒューズの周辺の温度と、算出した前記2つの温度上昇分とを加算して、ヒューズの温度を算出する。
第2発明に係るヒューズ装置は、その周辺の温度を検出する温度検出手段と、ヒューズが接続されたと仮想した電線に流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度、前記電流検出手段が検出した電流値、及び第1発明に係るヒューズの温度推定方法により、前記電線に接続されたと仮想したヒューズの温度を推定する推定手段と、該推定手段が推定した温度が所定温度を超えたか否かを判定する手段と、該手段が所定温度を超えたと判定したときに、前記電線に流れる電流を遮断する遮断手段とを備えることを特徴とする。
このヒューズ装置では、温度検出手段が、その周辺の温度を検出し、電流検出手段が、ヒューズが接続されたと仮想した電線に流れる電流値を検出する。温度検出手段が検出した温度、電流検出手段が検出した電流値、及び第1発明に係るヒューズの温度推定方法により、推定手段が、電線に接続されたと仮想したヒューズの温度を推定する。判定する手段が、推定手段が推定した温度が所定温度を超えたか否かを判定し、所定温度を超えたと判定したときに、遮断手段が、電線に流れる電流を遮断する。
第3発明に係るヒューズ装置は、前記遮断手段が前記電線に流れる電流を遮断してからの経過時間を計時する計時手段と、該計時手段が計時した時間が所定時間以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定時間以上であると判定したときに、前記推定手段が推定したヒューズの温度が、前記所定温度より低い第2温度より低いか否かを判定する手段とを備え、該手段が第2温度より低いと判定したときに、前記遮断手段が遮断状態から導通状態へ回復するように構成してあることを特徴とする。
このヒューズ装置では、電線に流れる電流を遮断してからの経過時間を計時し、計時した時間が所定時間以上であるか否かを判定する。所定時間以上であると判定したときに、推定手段が推定したヒューズの温度が、所定温度より低い第2温度より低いか否かを判定し、第2温度より低いと判定したときに、遮断状態から導通状態へ回復する。
第1発明に係るヒューズの温度推定方法によれば、電線に流れる電流値に基づき、実際のヒューズの温度上昇をシミュレートできるヒューズの温度推定方法を実現することができる。
第2,3発明に係るヒューズ装置によれば、第1発明に係るヒューズの温度推定方法により、電線に仮想接続されたヒューズの温度を推定できるヒューズ装置を実現することができる。
本発明に係るヒューズ装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 本発明に係るヒューズの温度推定方法が想定するヒューズの構成を模式的に示す模式図である。 図2に示すヒューズで、ヒューズエレメントに発生した熱の流れを電流に譬えて示す電気回路図である。 本発明に係るヒューズの温度推定方法の導出手順を示すフローチャートである。 ヒューズを電線に接続して電流を流した場合の温度推移と、同様の想定による本発明に係るヒューズ装置が推定した温度推移とを示すグラフである。 ヒューズを電線に接続して電流を流した場合の温度推移と、同様の想定による本発明に係るヒューズ装置が推定した温度推移とを示すグラフである。 ヒューズを電線に接続して電流を流した場合の温度推移と、同様の想定による本発明に係るヒューズ装置が推定した温度推移とを示すグラフである。 本発明に係るヒューズ装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 ヒューズの溶断特性の例を示す特性図である。
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。
図1は、本発明に係るヒューズ装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
このヒューズ装置は、バッテリ等の電源3に接続された電線9が、スイッチ接点4及びIPS(Intelligent Power Switch)5を通じて、負荷8のプラス端子に接続され、負荷8のマイナス端子は接地されている。スイッチ接点4はスイッチ2のオン/オフ操作によりオン/オフされ、その操作情報はマイクロコンピュータ等で構成された制御部1に与えられる。
IPS5には、電線9に流れる電流を検出する電流検出手段6が内蔵され、電流検出手段6が検出した電流値は制御部1に与えられる。電線9及びIPS5の周辺には、温度検出器7が設けられ、温度検出器7が検出した電線9及びIPS5周辺の温度値は制御部1に与えられる。
制御部1は、温度検出器7から与えられた温度値、及び電流検出手段6から与えられた電流値に基づき、IPS5をオン/オフ制御する。
図2は、本発明に係るヒューズの温度推定方法が想定するヒューズの構成を模式的に示す模式図である。
このヒューズは、車両等で一般的に使用されているものであり、U字形に折り曲げられた線状のヒューズエレメント11の両端部が、それぞれ棒状のヒューズフレーム10aの中間部に接続されている。2つのヒューズフレーム10aの各一端は、コネクタのオス部として形成されており、それぞれコネクタの鞘状のメス部として形成されたヒューズフレーム10bに嵌入される。
ヒューズエレメント11及び2つのヒューズフレーム10aは、2つのヒューズフレーム10aが略平行になるように、図示しない樹脂カバーに収納され、ヒューズの交換可能部分を構成している。2つのヒューズフレーム10bは、それぞれ電線9が接続され、ヒューズフレーム10aがそれぞれ嵌合するように、図示しない樹脂カバーに収納されて、ヒューズの固定部分を構成している。
図2に示すようなヒューズ及び電線9に電流を流して、ヒューズエレメント11の温度を測定すると、ヒューズエレメント11の温度θ(t)は、(1)式のように、短い時定数を有する一次遅れ式と長い時定数を有する一次遅れ式との和で表現できると推定された。
Figure 0005278007
但し、Ta(t);周辺の温度、r(T);T℃におけるヒューズエレメント11の抵抗値、I(t);電流値、τ1 ;短い時定数、τ2 ;長い時定数、R1 ,R2 ;熱抵抗である。
図3は、図2に示すヒューズで、ヒューズエレメント11に発生した熱の流れを電流に譬えて示す電気回路図である。
ここでは、ヒューズエレメント11(He)に発生した熱量Q0 及び熱量Q0 からの移動熱量を電流量に、熱の伝え難さを示す熱抵抗を抵抗に、熱の容量をコンデンサにそれぞれ譬えている。
ヒューズエレメント11から外気への熱抵抗を抵抗Re 、ヒューズエレメント11からヒューズフレーム10a,10bへの熱抵抗を抵抗Ref、ヒューズフレーム10a,10bから電線9及び外気への合成熱抵抗を抵抗Rf とする。また、ヒューズエレメント11の熱容量をコンデンサCe 、ヒューズフレーム10a,10b、電線9及び外気の合成熱容量をコンデンサCf とする。
以上から、この電気回路図では、電流源Q0 に、抵抗Re とコンデンサCe とが並列設続され、抵抗Refと、並列接続された抵抗Rf 及びコンデンサCf との直列回路が更に並列接続された構成とすることができる。
ここで、抵抗Re に流れる電流量Q1 、コンデンサCe に流れる電流量Q2 、抵抗Refに流れる電流量Q3 、抵抗Rf に流れる電流量Q4 、コンデンサCf に流れる電流量Q5 とすると、(2)式及び(3)式の関係が成立する。また、抵抗Re とコンデンサCe とにかかる電圧が等しく、抵抗Rf とコンデンサCf とにかかる電圧が等しいから、(4)式及び(5)式の関係が成立する。更に、抵抗Re ,Ref,Rf にそれぞれ流れる電流量Q1 ,Q3 ,Q4 の関係から、(6)式の関係が成立する。
Figure 0005278007
以下に、本発明に係るヒューズの温度推定方法の導出手順を、それを示す図4のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、(1)式に示すヒューズの温度式を作成する(S1)。
次に、(2)〜(6)式から、電流量Q2 ,Q3 ,Q5 を消去して、(7)式の電流量Q1 に関する微分方程式、及び(8)式の電流量Q4 に関する微分方程式からなる連立微分方程式を作成して、(9)式に示すように行列表示する(S3)。
以下、必要に応じて、(9)式の行列表示された連立微分方程式の係数行列の各要素を、(10)式に示すように、a,b,c,dで置換えて示す。
Figure 0005278007
Figure 0005278007
(9)式の係数行列をAとすると、その特性方程式det(A−λI)=0である(11)式を満たす固有値λが、(9)式を満たす時定数に関連する値となる(I;単位行列、det;行列式)。固有値λは(12)式に示すようになる(S5)。
Figure 0005278007
(12)式に示す固有値をλ1 ,λ2 とすると、その各列が、(9)式の定数行列を除いた斉次連立微分方程式の解である解核行列は、R(t,s)=exp(A(t−s))となる(t,sは任意の実数)。この解核行列をラグランジュ補間式で表すと、(13)式のようになる(S7)。
Figure 0005278007
非斉次連立微分方程式である(9)式の解を、解核行列R(t,s)を使用して表し、s=0としたときの初期値を与えると、(14)式のようになる(S9)。
Figure 0005278007
(14)式は、(10)式のa,b,c,dを使用すると、(15)式に示すようになり、Q1 ,Q4 の初期値Q1 init,Q4 init=0から、その右辺の第1項は消去される。
Figure 0005278007
ここで、抵抗Re が抵抗Ref,Rf に比べて充分大きいと仮定すると、(12)式は、(16)(17)式のように近似させることができ、λ1 =−1/Refe 、λ2 =−1/Rf f とすることができる。
Figure 0005278007
λ2 −λ1 は(18)式のように近似させることができる。
Figure 0005278007
λ2 −aは(19)式のように近似させることができる。
Figure 0005278007
a−λ1 は(20)式のように近似させることができる。
Figure 0005278007
(15)式からQ1 は(21)式のように表される。
Figure 0005278007
ヒューズエレメント11の温度θ(t)=Q1 e 、r(T)I(t)2 =Q0 の関係から、(1)(21)式の係数を比較すると、R1 =−(λ2 −a)/(λ2 −λ1 )λ1 e 、R2 =−(a−λ1 )/(λ2 −λ1 )λ2 e となる。これらを(16)〜(20)式を使用して近似させると(22)式、(23)式のようになり、熱抵抗は、R1 ≒Ref,R2 ≒Rf のように近似させることができる(S11)。また、熱抵抗Re 、熱容量Ce ,Cf は求めなくても良いことが分かる。
尚、(1)(21)式の係数比較から、λ1 t=−t/τ1 、λ2 t=−t/τ2 である。また、(16)(17)式から、τ1 =Refe 、τ2 =Rf f とすることができる。
Figure 0005278007
Figure 0005278007
従って、R1 ≒Ref,R2 ≒Rf より、(1)式は(24)式とすることができる。
Figure 0005278007
次に、想定したヒューズのヒューズエレメント11からヒューズフレーム10a,10bへの熱抵抗Ref、並びにヒューズフレーム10a,10bから電線9及び外気への合成熱抵抗Rf を算出する。また、ヒューズエレメント11の熱容量Ce 、並びにヒューズフレーム10a,10b、電線9及び外気の合成熱容量Cf を算出する(S13)。
熱抵抗Refは、実験で得たデータから算出する。
合成熱抵抗Rf は、実験で得たデータ、又は電線への熱抵抗として(外気その他への熱抵抗は充分大きい)JASO(自動車技術協会)規格の電線の導体/被覆の外径データから算出する。
熱容量Ce は、ヒューズエレメント11の材料(亜鉛合金)の比熱(例えば0.385J/gK)と、ヒューズエレメント11の重さ(g)とを乗算する。
合成熱容量Cf は、電線の熱容量として(外気その他の熱容量は充分小さい)JASO(自動車技術協会)規格の電線の導体/被覆の質量及び比熱のデータから算出する。
次に、算出した熱抵抗Ref、合成熱抵抗Rf 、熱容量Ce 及び合成熱容量Cf を(24)式に適用して温度式を完成する(S15)。但し、τ1 =Refe 、τ2 =Rf f である。
(24)式の周辺の温度Ta(t)には、温度検出器7(図1)が検出した温度を使用し、ヒューズエレメント11に流れる電流I(t)には、電流検出手段6(図1)が検出した電流値を使用する。ヒューズエレメント11の抵抗値r(T)は、電流を遮断するときの温度における抵抗値を使用する。
完成した温度式(24)では、電流が継続的に流れた場合に、ヒューズで発生したジュール熱の一部が外部へ放出され、時間の経過に従ってヒューズの温度が上昇して行くことを考慮しているので、実際のヒューズの温度上昇の推移に合わせて、電流を遮断することが可能になる。
ヒューズ装置の制御部1(図1)には、(24)式を離散化した(25)〜(28)式を記憶させておき、IPS5のオン/オフ制御の為の温度算出に使用する。尚、(25)(26)式におけるΔtは、制御部1のサンプリング周期を表す。
Figure 0005278007
図5は、定格20Aのヒューズを断面積3mm2 (3sq)の電線に接続して、電流を流した場合の温度推移と、同様の想定による本発明に係るヒューズ装置が推定した温度推移とを示すグラフである。
図5(a)では、先ず、定格20Aのヒューズの合成熱抵抗Rf 、熱抵抗Ref、熱容量Ce 、及び合成熱容量Cf を実測又は実験により求める。
電線の導体/被覆の外径データから算出して、合成熱抵抗Rf =29.0(K/W)を得た。
実験で得たデータから算出して、熱抵抗Ref=62(K/W)を得た。
ヒューズエレメントの比熱及び重さを乗算して、熱容量Ce =0.00712(J/gK)を得た。
電線の導体/被覆の質量及び比熱のデータから算出して、合成熱容量Cf =3.29(J/gK)を得た。
尚、ここでは、電線の長さは14cmとした。
次に、定格20Aのヒューズに20Aの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、(25)〜(28)式に、最初は上記のRf ,Ref,Ce ,Cf の各値を適用して温度推移を算出し、上記の定格20Aのヒューズエレメントの温度推移に近くなるように、特に溶断迄の時間が一致するように、Rf ,Ref,Ce ,Cf の各値を調整しながら温度推移を算出した。尚、上述したように、τ1 =Refe 、τ2 =Rf f である。
以上から、図5(a)に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置((25)〜(28)式)における時定数は、τ1 =0.8(s)、τ2 =114.6(s)、熱抵抗は、Ref=63.6(K/W)、Rf =24.1(K/W)となった。
また、ここでは、ヒューズの温度式(24)(25)〜(28)に適用する電線の長さを14cmとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Rf ,Ref,τ1 ,τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
図5(b)では、合成熱抵抗Rf =29.0(K/W)、熱抵抗Ref=62(K/W)、熱容量Ce =0.00712(J/gK)、合成熱容量Cf =3.29(J/gK)、電線の長さ14cmは、図5(a)の場合と同様である。
ここでは、定格20Aのヒューズに24Aの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図5(a)の場合と同様にして、Rf ,Ref,Ce ,Cf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
以上から、図5(b)に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置((25)〜(28)式)における時定数は、τ1 =0.8(s)、τ2 =116.4(s)、熱抵抗は、Ref=63.6(K/W)、Rf =24.8(K/W)となった。
また、ここでも、ヒューズの温度式(24)(25)〜(28)に適用する電線の長さを14cmとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Rf ,Ref,τ1 ,τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
図6は、定格20Aのヒューズを断面積5mm2 (5sq)の電線に接続して、電流を流した場合の温度推移と、同様の想定による本発明に係るヒューズ装置が推定した温度推移とを示すグラフである。
図6(a)では、先ず、図5(a)の場合と同様にして、Rf =19.7(K/W)、熱抵抗Ref=63(K/W)、熱容量Ce =0.00712(J/gK)、合成熱容量Cf =6.39(J/gK)を得た。
尚、ここでは、電線の長さは18cmとした。
次に、定格20Aのヒューズに20Aの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図5(a)の場合と同様にして、Rf ,Ref,Ce ,Cf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
以上から、図6(a)に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置((25)〜(28)式)における時定数は、τ1 =0.8(s)、τ2 =130(s)、熱抵抗は、Ref=64.3(K/W)、Rf =21.0(K/W)となった。
また、ここでは、ヒューズの温度式(24)(25)〜(28)に適用する電線の長さを18cmとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Rf ,Ref,τ1 ,τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
図6(b)では、合成熱抵抗Rf =19.7(K/W)、熱抵抗Ref=63(K/W)、熱容量Ce =0.00712(J/gK)、合成熱容量Cf =6.39(J/gK)、電線の長さ18cmは、図6(a)の場合と同様である。
ここでは、定格20Aのヒューズに24Aの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図5(a)の場合と同様にして、Rf ,Ref,Ce ,Cf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
以上から、図6(b)に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置((25)〜(28)式)における時定数は、τ1 =1(s)、τ2 =134(s)、熱抵抗は、Ref=63.7(K/W)、Rf =21.5(K/W)となった。
また、ここでも、ヒューズの温度式(24)(25)〜(28)に適用する電線の長さを18cmとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Rf ,Ref,τ1 ,τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
図7は、定格30Aのヒューズを断面積5mm2 (5sq)の電線に接続して、電流を流した場合の温度推移と、同様の想定による本発明に係るヒューズ装置が推定した温度推移とを示すグラフである。
図7では、先ず、図5(a)の場合と同様にして、Rf =22.2(K/W)、熱抵抗Ref=46(K/W)、熱容量Ce =0.00966(J/gK)、合成熱容量Cf =5.68(J/gK)を得た。
尚、ここでは、電線の長さは16cmとした。
次に、定格30Aのヒューズに30Aの電流を流し、その流し始めから溶断時を含むヒューズエレメントの温度推移を測定した。次いで、図5(a)の場合と同様にして、Rf ,Ref,Ce ,Cf の各値を調整しながら温度推移を算出した。
以上から、図7に示すような温度推移を得たとき、ヒューズ装置((25)〜(28)式)における時定数は、τ1 =1.6(s)、τ2 =111(s)、熱抵抗は、Ref=46.0(K/W)、Rf =23.0(K/W)となった。
また、ここでは、ヒューズの温度式(24)(25)〜(28)に適用する電線の長さを16cmとすることにより、ヒューズとヒューズ装置とで、Rf ,Ref,τ1 ,τ2 の各値が比較的に一致することが分かる。
以下に、本発明に係るヒューズ装置の実施の形態(図1)の動作を、それを示す図8のフローチャートを参照しながら説明する。
このヒューズ装置の制御部1は、先ず、フラグFをリセット(=0)した(S21)後、温度検出器7が検出した周辺の温度の値を取得し(S23)、電流検出手段6が検出した電流値を取得する(S25)。次いで、スイッチ2のオン/オフ情報を取得する(S27)。
次に、制御部1は、前回(n−1)取得した温度値及び電流値、前回(n−1)算出した温度値、並びに今回(n)取得した温度値及び電流値を使用して、(25)〜(28)式を演算し、ヒューズの推定温度を算出する(S29)。次いで、フラグFがリセット(=0)状態であるか否かを判定し(S31)、リセット状態であれば、算出したヒューズの推定温度が、ヒューズ温度の上限閾値(所定温度)を超えているか否かを判定する(S33)。
制御部1は、算出したヒューズの推定温度が、ヒューズ温度の上限閾値を超えていなければ(S33)、温度検出器7が検出した周辺の温度の値を取得する(S23)。算出したヒューズの推定温度が、ヒューズ温度の上限閾値を超えていれば(S33)、IPS5をオフにする(S35)。次いで、計時を開始し(S37)、フラグをセット(=1)した(S39)後、温度検出器7が検出した周辺の温度の値を取得する(S23)。
制御部1は、フラグFがリセット状態でなければ(S31)、スイッチ2のオン/オフ情報がオンであるか否かを判定し(S41)、オン/オフ情報がオンでなければ、温度検出器7が検出した周辺の温度の値を取得する(S23)。
制御部1は、スイッチ2のオン/オフ情報がオンであれば(S41)、計時時間が、例えば(24)式の長い方の時定数((26)式の時定数)τ2 の3倍以上であるか否かを判定する(S43)。計時時間が3τ2 以上でなければ、温度検出器7が検出した周辺の温度の値を取得する(S23)。
制御部1は、計時時間が3τ2 以上であれば(S43)、算出したヒューズ推定温度(S29)が、ヒューズ温度の上限閾値より低い第2温度より低いか否かを判定する(S45)。ヒューズ推定温度が第2温度より低くなければ、温度検出器7が検出した周辺の温度の値を取得する(S23)。
制御部1は、ヒューズ推定温度が第2温度より低ければ(S45)、IPS5をオンにする(S47)。次いで、フラグをリセット(=0)し(S49)、計時を終了してリセットした(S51)後、温度検出器7が検出した周辺の温度の値を取得する(S23)。
尚、上述した実施の形態では、ヒューズの合成熱抵抗Rf 、熱抵抗Ref、時定数τ1 ,τ2 を実測又は実験により求めているが、図9に示すようなヒューズの溶断特性のデータからも算出することが可能である。図9に示すヒューズの溶断特性は、常温(20℃)において、20Aの実ヒューズに流れる電流値と、その電流値の流れ始めからヒューズ溶断までの時間とを対応させている。
ここで、亜鉛の溶断温度420℃を限界値とすると、(24)式において、θ(t)=420である。また、ヒューズエレメントについては、温度は420℃に収束しているものとすると、τ1 →0であり、(24)式のヒューズエレメントの温度上昇分を示す項は、(29)式に示すようになる。
(24)式に、θ(t)=420、(29)式を代入し移項すると、(30)式となる。(30)式から溶断時間tを求めると、(31)式に示すようになる。但し、ここでは、周辺の温度Ta(t)=20(℃)(常温)である。また、420℃における20Aヒューズエレメントの抵抗値r(420)=0.007(Ω)は既知とする。
Figure 0005278007
ところで、上述したように、時定数τ2 =Rf f であるから、τ2 は、電線の太さ(既知)から求めることができる(長さが何cmであろうが、熱抵抗と熱容量の積は太さが決まれば一定である)。ここでは、例えばτ2 =95(s)が求められたとする。
(31)式のI,tに、ヒューズの溶断特性(図9)から任意に抽出した2点の各電流値及び溶断までの時間をそれぞれ代入して、変数Rf ,Refの2元連立方程式を作成する。次いで、この2元連立方程式を解くと、例えばRf =25(K/W),Ref=62(K/W)が求められる。
求めたRf =25(K/W),Ref=62(K/W),τ2 =95(s)を(31)式に適用し、改めて任意の電流値Iを代入すると、図9の「温度モデル」の溶断特性を得ることができる。
また、図9に示すようなヒューズの溶断特性のデータから数点を抽出して、最小二乗法により「温度モデル」の溶断特性を得ることもできる。
ヒューズ溶断特性のデータは、ヒューズ毎に備わっているので、それらのデータからRf ,Refを求めることができる。データからRf ,Refを求めることができれば、わざわざ実測又は実験により求める必要はなくなる。
1 制御部
2 スイッチ
3 電源
4 スイッチ接点
5 IPS
6 電流検出手段
7 温度検出器
8 負荷
9 電線
10a,10b ヒューズフレーム
11 ヒューズエレメント
e 熱容量(コンデンサ)
f 合成熱容量(コンデンサ)
ef 熱抵抗(抵抗)
f 合成熱抵抗(抵抗)

Claims (3)

  1. 所定温度に達したときに溶断するヒューズエレメントと、該ヒューズエレメント及び電線を接続する為のヒューズフレームとを備えたヒューズの温度推定方法であって、
    前記ヒューズの周辺の温度と、
    前記ヒューズエレメントに流れる電流による該ヒューズエレメントの発熱量、該ヒューズエレメントからヒューズフレームへの熱抵抗、並びに該熱抵抗及び前記ヒューズエレメントの熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第1の時定数に基づき算出した温度上昇分と、
    前記発熱量、前記ヒューズフレームから電線及び外気への合成熱抵抗、並びに該合成熱抵抗及び前記ヒューズフレームと電線と外気との合成熱容量を乗算して求めた温度上昇に係る第2の時定数に基づき算出した温度上昇分とを加算して、前記ヒューズの温度を算出することを特徴とするヒューズの温度推定方法。
  2. その周辺の温度を検出する温度検出手段と、ヒューズが接続されたと仮想した電線に流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度、前記電流検出手段が検出した電流値、及び請求項1に記載されたヒューズの温度推定方法により、前記電線に接続されたと仮想したヒューズの温度を推定する推定手段と、該推定手段が推定した温度が所定温度を超えたか否かを判定する手段と、該手段が所定温度を超えたと判定したときに、前記電線に流れる電流を遮断する遮断手段とを備えることを特徴とするヒューズ装置。
  3. 前記遮断手段が前記電線に流れる電流を遮断してからの経過時間を計時する計時手段と、該計時手段が計時した時間が所定時間以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定時間以上であると判定したときに、前記推定手段が推定したヒューズの温度が、前記所定温度より低い第2温度より低いか否かを判定する手段とを備え、該手段が第2温度より低いと判定したときに、前記遮断手段が遮断状態から導通状態へ回復するように構成してある請求項2記載のヒューズ装置。
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