JP5647501B2 - 車両用電力分配装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリの電力を複数の枝電線に分配して各枝電線に接続される負荷に電力を供給する車両用電力分配装置に関する。

車両に搭載されるバッテリより出力される電力は、例えばエンジンルームなどに搭載される幹電線分配器に一旦供給され、該幹電線分配器から分岐する複数の幹電線を介して、車両内の適所に設置される複数の枝電線分配器に供給される。更に、各枝電線分配器に供給された電力は、複数の枝電線を介して車両に搭載されるモータ、ランプ等の各種負荷に供給されて各種の負荷が駆動する。

また、幹電線分配器は、各幹電線毎に半導体スイッチや接点式リレー等の電子スイッチを備えており、幹電線に過電流が発生した場合には、この電子スイッチを遮断することにより、幹電線及びその下流側の回路全体を、過電流による温度上昇から保護する。

同様に、枝電線分配器は、各枝電線毎に半導体スイッチ等の電子スイッチを備えており、負荷の短絡事故等により枝電線に過電流が発生した場合には、この電子スイッチを遮断することにより、枝電線及び該枝電線に接続される負荷を、過電流による温度上昇から保護する。

このような過電流保護機能を備えた電力分配装置の従来例として、例えば、特開２００９−１２０１３８号公報（特許文献１）に開示された技術が知られている。該特許文献１には、車両に搭載されるバッテリの出力端を電源分配器に接続し、更に該電源分配器で分岐される複数の幹電線に複数の室内電源分配器を接続し、各室内電源分配器で分岐される複数の枝電線に負荷を接続することにより、車両内に搭載される各種の負荷に電力を供給することが記載されている。

更に、幹電線、または枝電線にて過電流が検出された場合には、電源分配器及び各室内電源分配器の電子スイッチを遮断することにより、回路全体を過電流による温度上昇から保護することができる。

特開２００９−１２０１３８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、過電流が検出された場合には、電源分配器、及びその下流側に設けられる複数の室内電源分配器の電子スイッチが全て遮断されるので、車両内に搭載される負荷が全て停止してしまう。従って、ラジエターファン駆動用のモータやフューエルポンプ駆動用のモータが停止してしまい、車両を走行させることができなくなるという問題が発生する。更に、通電電流が過電流となったときに、電子スイッチを遮断する構成であるので、ノイズ等の影響を受けて電子スイッチが誤遮断するという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、幹電線、及び枝電線に流れる過電流の程度に応じて、適切に各電子スイッチの動作を制御し、且つ誤遮断の発生を防止することが可能な車両用電力分配装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、直流電源に接続され、該直流電源より供給される電力を複数の幹電線に分配する幹電線分配器と、前記各幹電線にそれぞれ接続され、複数の枝電線に電力を分配する枝電線分配器とを備え、前記枝電線の後段に設けられる負荷に電力を供給する電力分配装置において、前記幹電線分配器は、各幹電線毎に設けられ、それぞれの幹電線に流れる電流を検出する幹電線電流検出手段と、各幹電線毎に設けられ、それぞれの幹電線の接続、遮断を切り替える幹電線用スイッチ手段と、各幹電線について、幹電線電流検出手段で検出される電流によりこの幹電線の温度を推定し、この推定温度に基づいて、この幹電線に接続された幹電線用スイッチ手段を制御する幹電線制御手段と、を有し、前記各枝電線分配器は、各枝電線毎に設けられ、それぞれの枝電線に流れる電流を検出する枝電線電流検出手段と、各枝電線毎に設けられ、それぞれの枝電線の接続、遮断を切り替える枝電線用スイッチ手段と、各枝電線について、枝電線電流検出手段で検出される電流によりこの枝電線の温度を推定し、この推定温度に基づいて、この枝電線に接続された枝電線用スイッチ手段を制御する枝電線制御手段と、を有し、更に、前記幹電線制御手段と前記枝電線制御手段との間で通信を行う通信線を備え、前記幹電線制御手段は、各幹電線の上限温度を規定する第２の閾値、及び該第２の閾値よりも低い第１の閾値を設定し、一の幹電線の推定温度が前記第１の閾値を上回った場合に、前記一の幹電線に対して設けられた枝電線制御手段に枝側ＳＷ強制遮断信号を送信し、且つ、前記一の幹電線の推定温度が前記第２の閾値を上回った場合に、前記一の幹電線に接続された幹電線用スイッチ手段を遮断する制御を行い、前記枝電線制御手段は、各枝電線の上限温度を規定する第４の閾値、及び該第４の閾値よりも低い第３の閾値を設定し、一の枝電線の推定温度が前記第３の閾値を上回った場合には、前記一の枝電線に接続された枝電線用スイッチ手段を消費電力低減制御してこの枝電線に電力を供給し、前記一の枝電線の推定温度が前記第４の閾値を上回った場合には、前記一の枝電線に接続される枝電線用スイッチ手段を遮断し、前記幹電線制御手段より、枝側ＳＷ強制遮断信号が送信された場合には、全ての枝電線用スイッチ手段を遮断すること、を特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記消費電力低減制御は、所望のデューティ比で前記枝電線の電力を供給するＰＷＭ制御であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記枝電線制御手段は、前記ＰＷＭ制御を実施する際に、時間経過と共にデューティ比を低減させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記枝電線制御手段は、前記枝電線の推定温度が前記第４の閾値を上回った場合に、前記幹電線制御手段に枝電線異常信号を送信し、前記幹電線制御手段は、前記枝電線異常信号を受信した場合には、前記第１の閾値、及び第２の閾値を低下させることを特徴とする。

本発明に係る車両用電力分配装置では、幹電線に流れる電流が増大して、該幹電線の推定温度が第１の閾値に達した場合には、枝電線に接続される枝電線用スイッチ手段を遮断し、その後、幹電線の推定温度が更に上昇して第２の閾値に達した場合には、幹電線用スイッチ手段を遮断する。従って、幹電線の推定温度が徐々に増大する場合には、先に枝電線用スイッチ手段が遮断され、その後、幹電線用スイッチ手段が遮断されるので、枝電線に接続される各負荷を確実にオフ状態とすることができる。

また、枝電線に流れる電流が増大して、該枝電線の推定温度が第３の閾値に達した場合には、この枝電線の枝電線用スイッチ手段を消費電力低減制御（例えば、ＰＷＭ制御）するので、この枝電線により供給する電力を低減することができ、枝電線の温度上昇を抑制することができる。このため、負荷が遮断されるまでの時間を長くすることができる。その後、推定温度が更に上昇して第４の閾値に達した場合に、枝電線用スイッチ手段を遮断するので、枝電線を確実に保護することができる。

更に、消費電力低減制御としてＰＷＭ制御を用い、更に、時間経過と共にデューティ比が徐々に小さくなるように制御することにより、時間経過に伴って枝電線の温度上昇をより一層抑えることができる。

また、枝電線の推定温度が第４の閾値に達した場合に、第１の閾値、及び第２の閾値を低い値に変更するので、幹電線はより低い温度で遮断されることになり、幹電線を確実に過熱から保護することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用電力分配装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る車両用電力分配装置に搭載される幹電線分配器の、制御動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る車両用電力分配装置に搭載される枝電線分配器の、制御動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る車両用電力分配装置に搭載される幹電線に過電流が流れたときの、各機器の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係る車両用電力分配装置に搭載される枝電線に過電流が流れたときの、各機器の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の変形例に係る車両用電力分配装置に搭載される枝電線に過電流が流れたときの、各機器の動作を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車両用電力分配装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この車両用電力分配装置１００は、バッテリＶＢのプラス側端子に接続された幹電線分配器１１と、該幹電線分配器１１で分岐される複数（図では１個のみ記載）の幹電線４１に接続される複数（図では１個のみ記載）の枝電線分配器１２を備えている。

幹電線分配器１１は、複数の電子スイッチ２１（幹電線用スイッチ手段；図では２個の電子スイッチ２１，２１ａのみ記載）と、電子スイッチ２１のオン、オフを制御する制御部２２（幹電線制御手段）を備えている。

電子スイッチ２１は、例えば半導体素子であり、該電子スイッチ２１に流れる電流を検出する電流センサ２１Ｓ（幹電線電流検出手段）を備えている。そして、該電子スイッチ２１は、制御部２２より駆動信号が出力された場合にオンとされ、駆動信号の出力が停止した場合にオフとされる。また、電流センサ２１Ｓは、例えばシャント抵抗を用いる方式のものや、マルチソースＦＥＴを用いる方式のものを採用することができる。

制御部２２は、電流センサ２１Ｓで検出される電流値と、経過時間に基づいて幹電線４１の温度を推定する処理を行う。電線温度の推定処理については、特開２００９−３０３３９４号公報に記載された方式を採用することができる。

即ち、幹電線４１に電流が流れている場合において、電流センサ２１Ｓで検出される電流を「Ｉ」とし、幹電線４１の単位長さ当たりの電気抵抗を「Ｒon」とし、サンプリング時間を「Δｔ」（例えば、Δｔは５ｍsec）とした場合に、幹電線４１の単位長さ当たりの発熱量Ｘ１は下記の（１）式で示すことができる。

Ｘ１＝Ｉ２×Ｒon×Δｔ …（１）
また、電線の疑似熱容量（実際の熱容量よりも低い値に設定した熱容量）を「Ｃth*」とし、電線の単位長さ当たりの熱抵抗を「Ｒth」とし、電線の単位長さ当たりの熱量を「Ｑ」（電線温度にＣth*を乗じた値）とした場合に、幹電線４１の単位長さ当たりの放熱量Ｙ１は下記の（２）式で示すことができる。

Ｙ１＝Ｑ／（Ｃth*×Ｒth／Δｔ） …（２）
そして、前回のサンプリング時の電線温度をＴｐ（初期的には周囲温度）とすると、今回のサンプリング時の電線温度Ｔｎは下記の（３）式で示すことができる。

Ｔｎ＝Ｔｐ＋（Ｘ１−Ｙ１）／Ｃth* …（３）
そして、幹電線４１の発煙温度（例えば、１５０℃）を電子スイッチ２１を遮断する条件とする閾値温度（後述する第２の閾値Ｔth２）に設定し、（３）式で求められる電線温度Ｔｎがこの閾値温度に達した場合に、電子スイッチ２１を遮断するように制御すれば、幹電線４１が発煙する前の時点で確実に電子スイッチ２１を遮断することができる。即ち、疑似熱容量「Ｃth*」を用いて電線温度Ｔｎを演算しているので、この電線温度Ｔｎが閾値温度に達した場合には、実際の幹電線４１の温度はこの閾値温度よりも低い温度であるから、幹電線４１が発煙する前の時点で電子スイッチ２１を遮断して、幹電線４１の過熱を防止することができる。

また、制御部２２は、上記の閾値温度を第２の閾値Ｔth２として設定し、更に、この第２の閾値Ｔth２よりも低い第１の閾値Ｔth１を設定する。この際、各閾値Ｔth１，Ｔth２は、幹電線４１の電線径に基づいて初期的に設定しても良いし、ユーザの入力操作により適宜設定するようにしても良い。そして、後述するように、幹電線４１に過電流が流れて、該幹電線４１の温度が第１の閾値Ｔth１に達した場合には、通信線４２を経由して枝電線分配器１２の制御部３２に送信する枝側ＳＷ強制遮断信号をＬｏからＨｉに変更する。即ち、枝電線分配器１２の制御部３２に、枝側ＳＷ強制遮断信号を送信する制御を行う。

また、温度が更に上昇して第２の閾値Ｔth２に達した場合には、電子スイッチ２１に出力する駆動信号を停止させる。即ち、幹電線４１の推定温度が第２の閾値Ｔth２に達した場合には、電子スイッチ２１をオフとして、幹電線４１への電力の供給を停止する制御を行う。

更に、枝電線分配器１２の制御部３２より送信される枝電線異常信号がＬｏからＨｉに切り替えられた場合（詳細については後述する）には、上述した第１の閾値Ｔth１、及び第２の閾値Ｔth２を、それぞれ予め設定した温度だけ低い閾値に変更する。これを「’」を付して、第１の閾値Ｔth１’（＜Ｔth１）、及び第２の閾値Ｔth２’（＜Ｔth２）として示す。

枝電線分配器１２は、複数（図ではｎ個で示す）の電子スイッチ３１-1〜３１-n（枝電線用スイッチ手段）と、各電子スイッチ３１-1〜３１-nに接続される制御部３２（枝電線制御手段）を備えている。そして、各電子スイッチ３１-1〜３１-nは、それぞれ枝電線５１-1〜５１-nを介して負荷ＲＬ１〜ＲＬｎに接続されている。また、制御部３２は、各負荷ＲＬ１〜ＲＬｎの駆動、停止を操作する入力制御スイッチＳＷ１〜ＳＷｎに接続されている。

各電子スイッチ３１-1〜３１-nは、例えば半導体素子であり、それぞれが電子スイッチ３１-1〜３１-nに流れる電流を検出する電流センサ３１Ｓ（枝電線電流検出手段）を備えている。そして、各電子スイッチ３１-1〜３１-nは、制御部２２より駆動信号が出力された場合にオンとされ、駆動信号の出力が停止した場合にオフとされる。なお、電流センサ３１Ｓとしては、例えばシャント抵抗を用いる方式のもの、或いはマルチソースＦＥＴを用いる方式のものを採用することができる。

制御部３２は、各電子スイッチ３１-1〜３１-nで検出される電流に基づいて、前述した（１）〜（３）式に示した温度推定ロジックにより、枝電線５１-1〜５１-nの温度を演算する。更に、枝電線５１-1〜５１-nの上限温度を規定する第４の閾値Ｔth４、及びこの第４の閾値Ｔth４よりも低い第３の閾値Ｔth３を設定している。そして、例えば、枝電線５１-1に過電流が流れて、該枝電線５１-1の温度が第３の閾値Ｔth３に達した場合には、電子スイッチ３１-1を所望のデューティ比でＰＷＭ制御（消費電力低減制御）することにより、枝電線５１-1に流れる電流を低減させて、電線の発熱を抑制する。

また、枝電線５１-1の温度が更に上昇して第４の閾値Ｔth４に達した場合には、通信線４２を経由して幹電線分配器１１の制御部２２に送信する枝電線異常信号をＬｏからＨｉに変更する。即ち、通信線４２を経由して枝電線異常信号を送信する制御を行う。更に、電子スイッチ３１-1に遮断信号を出力して該電子スイッチ３１-1をオフとし、枝電線５１-1、及び負荷ＲＬ１への電力の供給を停止する制御を行う。

次に、上述のように構成された本実施形態に係る車両用電力分配装置１００の動作について説明する。図２は幹電線分配器１１に設けられる制御部２２による処理手順を示すフローチャート、図３は枝電線分配器１２に設けられる制御部３２による処理手順を示すフローチャートである。

以下、図２に示すフローチャートを参照して、幹電線分配器１１に設けられる制御部２２による処理手順について説明する。初めに、ステップＳ１１において、制御部２２は初期化処理を行う。この処理では、幹電線４１の推定上昇温度を０℃に設定し、枝電線分配器１２の制御部３２に送信する枝側ＳＷ強制遮断信号をＬｏに設定し、枝電線分配器１２の制御部３２より送信される枝電線異常信号をＬｏに設定する。更に、第１の閾値Ｔth１、及び第２の閾値Ｔth２を所望の温度に設定する。

ステップＳ１２において、制御部２２は、電子スイッチ２１に設置される電流センサ２１Ｓにて、電流が検出されたか否かを判定する。そして、電流が検出された場合には、ステップＳ１３に処理を進め、電流が検出されない場合にはステップＳ１５に処理を進める。

ステップＳ１３において、制御部２２は、電流センサ２１Ｓで検出される電流が幹電線４１に継続して流れたときの該幹電線４１の目標温度（飽和温度）が、現時点での推定温度以上であるか否かを判定する。この処理では、上述した（１）〜（３）式の温度推定ロジックにより、所定のサンプリング時間毎に幹電線４１の温度を推定し、この推定温度が目標温度に達しているか否かを判定する。そして、目標温度が現時点での推定温度以上であると判定された場合には、今後幹電線４１は発熱するのでステップＳ１４に処理を進め、目標温度が現時点での推定温度未満であると判定された場合には、今後幹電線４１は放熱するのでステップＳ１５に処理を進める。

ステップＳ１４において、制御部２２は、上述した温度推定ロジックにより、目標温度に向けて発熱処理を実行する。即ち、目標温度が現在の推定温度よりも高い場合には、幹電線４１に電流が流れることにより、該幹電線４１の温度は上昇するので、発熱処理を実行する。その後、ステップＳ１６に処理を進める。

ステップＳ１５において、制御部２２は、上述した温度推定ロジックにより、目標温度に向けて放熱処理を実行する。即ち、幹電線４１に電流が流れていない場合（ステップＳ１２でＮＯの場合）、或いは、電流が流れている場合で現時点での推定温度が目標温度よりも高い場合（ステップＳ１３でＮＯの場合）には、幹電線４１の温度は低下するので、放熱処理を実行する。その後、ステップＳ１６に処理を進める。

ステップＳ１６において、制御部２２は、現在の推定温度を算出して、メモリ（図示省略）等に記憶する。こうして、現在の幹電線４１の温度を推定することができる。

その後、ステップＳ１７において、制御部２２は、幹電線分配器１１に設けられる電子スイッチ２１が遮断状態であるか否かを判定する。そして、遮断状態でない場合（接続状態である場合）にはステップＳ１８に処理を進め、遮断状態である場合にはステップＳ２４に処理を進める。

ステップＳ１８において、制御部２２は、枝電線分配器１２の制御部３２より通信線４２を経由して送信される枝電線異常信号がＬｏであるか否かを判定する。この処理では、後述するように、枝電線分配器１２の制御部３２は、枝電線５１-1〜５１-nのいずれかにて電線温度が上昇し、第４の閾値Ｔth４に達した場合に枝電線異常信号をＬｏからＨｉに変更する。従って、枝電線５１-1〜５１-nのいずれかの電線温度が第４の閾値Ｔth４に達した場合に枝電線異常信号がＨｉとなる。そして、枝電線異常信号がＨｉである場合にはステップＳ１９に処理を進め、枝電線異常信号がＬｏである場合にはステップＳ２０に処理を進める。

ステップＳ１９において、制御部２２は、第１の閾値Ｔth１、及び第２の閾値Ｔth２を変更する。即ち、各閾値Ｔth１，Ｔth２を、所定量だけ低く設定した第１の閾値Ｔth１’、及び第２の閾値Ｔth２’に変更する。従って、幹電線分配器１１では、第１の閾値Ｔth１がＴth１’に変更されたことにより、より低い温度で枝側ＳＷ強制遮断信号をＬｏからＨｉに変更し、且つ、第２の閾値Ｔth２がＴth２’に変更されたことにより、より低い温度で電子スイッチ２１を遮断することになる。

また、この処理では、枝電線分配器１２に設けられる複数の電子スイッチ３１-1〜３１-nのうち、少なくとも一つにて枝電線異常信号がＨｉとなった場合に、各閾値Ｔth１，Ｔth２を変更するようにしても良いし、複数の電子スイッチ３１-1〜３１-nのうち、予め設定したもののうちの少なくとも一つにて枝電線異常信号がＨｉとなった場合に、各閾値Ｔth１，Ｔth２を変更するようにしても良い。各閾値Ｔth１，Ｔth２をＴth１’，Ｔth２’に変更する条件は、任意に設定することが可能である。

ステップＳ２０において、制御部２２は、幹電線４１の推定温度が第１の閾値（Ｔth１又はＴth１’）よりも低いか否かを判定し、低いと判定された場合にはステップＳ２１に処理を進め、低いと判定されない場合（高いと判定された場合）には、ステップＳ２２に処理を進める。

ステップＳ２１において、制御部２２は、枝電線分配器１２の制御部３２に出力する枝側ＳＷ強制遮断信号をＬｏとする。従って、枝電線分配器１２に設けられた各電子スイッチ３１-1〜３１-nのうちオンとされているものについてはオン状態が維持され、枝電線５１-1〜５１-nを経由して各負荷ＲＬ１〜ＲＬｎへの電力の供給が継続されることになる。

ステップＳ２２において、制御部２２は、幹電線４１の推定温度が第１の閾値よりも高く、且つ第２の閾値（Ｔth２又はＴth２’）よりも低いか否かを判定し、この範囲であると判定された場合には、ステップＳ２３に処理を進め、この範囲でないと判定されない場合（第２の閾値よりも高いと判定された場合）には、ステップＳ２４に処理を進める。

ステップＳ２３において、制御部２２は、枝電線分配器１２の制御部３２に出力する枝側ＳＷ強制遮断信号をＨｉとする。その結果、後述する図３のステップＳ３３に示すように、制御部３２の制御下で各電子スイッチ３１-1〜３１-nを遮断する制御が行われる。

ステップＳ２４において、制御部２２は、枝電線分配器１２の制御部３２に出力する枝側ＳＷ強制遮断信号をＨｉとし、且つ、幹電線分配器１１の電子スイッチ２１をオフとする。従って、制御部３２の制御下で各電子スイッチ３１-1〜３１-nを遮断する制御が行われ、且つ、制御部２２の制御により電子スイッチ２１がオフとされる。

ステップＳ２５において、制御部２２は、幹電線４１の温度と周囲温度とが等しいか否かを判定する。そして、等しくないと判定された場合には（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ１２の処理に戻る。また、等しいと判定された場合には（ステップＳ２５でＹＥＳ）、ステップＳ２６に処理を進める。

ステップＳ２６において、制御部２２は、枝側ＳＷ強制遮断信号をＬｏとし、且つ、幹電線分配器１１の電子スイッチ２１の遮断を解除する。従って、幹電線分配器１１、及び枝電線分配器１２は通常通りに作動することができる。

次に、図４に示すタイミングチャートを参照して、幹電線分配器１１の制御部２２、及び電子スイッチ２１の動作を説明する。図４（ａ）に示すように、時刻ｔ１にて電子スイッチ２１をオンとすると、幹電線４１に負荷電流が流れて該幹電線４１の温度が上昇を開始し（曲線ｑ１参照）、時刻ｔ２にて飽和温度に達すると、この温度で安定する。この飽和温度は、第１の閾値Ｔth１に達していないので、枝側ＳＷ強制遮断信号はＬｏとなる（図２のステップＳ２１参照）。

その後、時刻ｔ３にて幹電線４１の短絡事故等が発生して、該幹電線４１に流れる電流が急激に増加すると、これに伴って電線温度が上昇する。その結果、時刻ｔ４で幹電線４１の推定温度が第１閾値Ｔth１に達すると、図４（ｂ）に示すように、枝側ＳＷ強制遮断信号がＬｏからＨｉに切り替えられる（図２のステップＳ２３参照）。このＨｉの信号は、枝電線分配器１２の制御部３２に送信されるので、該制御部３２の制御により各電子スイッチ３１-1〜３１-nは遮断される。

そして、更に時間が経過すると、幹電線４１の温度が上昇し、時刻ｔ５にて第２の閾値Ｔth２に達すると、幹電線分配器１１の電子スイッチ２１に遮断信号が送信される。その結果、電子スイッチ２１は遮断される。

更に、電子スイッチ２１がオフとなった後において、時間経過に伴う放熱処理が行われ、時刻ｔ６にて幹電線４１が周囲温度に達すると、枝側ＳＷ強制遮断信号はＬｏに切り替えられる。従って、枝電線分配器１２では、各電子スイッチ３１-1〜３１-nの駆動を開始することができる（図２のステップＳ２６参照）。また、電子スイッチ２１がオンとされて、幹電線４１の温度が上昇を開始する（曲線ｑ１参照）。

また、時刻ｔ７にて、枝電線分配器１２より枝電線異常信号が送信された場合（枝電線異常信号がＨｉとなった場合）には、第１の閾値、及び第２の閾値をそれぞれＴth１’，Ｔth２’に変更する処理が行われる（図２のステップＳ１９参照）。従って、枝電線異常信号が送信された後は、幹電線４１の飽和温度Ｔａは通常の飽和温度よりも低くなり、且つ、第１の閾値、第２の閾値が低い温度に設定されるので、過電流が発生した場合には、より早い時点で枝側ＳＷ強制遮断信号をＬｏからＨｉに切り替え、更に、より早い時点で電子スイッチ２１を遮断することができる。なお、枝電線異常信号がＨｉからＬｏに変化した場合には、第１の閾値、及び第２の閾値は通常の温度Ｔth１，Ｔth２に戻る。

次に、図３に示すフローチャートを参照して、枝電線分配器１２に設けられる制御部３２による処理手順について説明する。初めに、ステップＳ３１において、制御部３２は初期化処理を行う。この処理では、枝電線５１-1〜５１-nの推定上昇温度を０℃に設定し、幹電線分配器１１の制御部２２に送信する枝電線異常信号をＬｏに設定し、幹電線分配器１１の制御部２２より送信される枝側ＳＷ強制遮断信号をＬｏに設定する。更に、第３の閾値Ｔth３、及び第４の閾値Ｔth４を所望の温度に設定する。この際、幹電線４１と枝電線５１-1〜５１-nの電線径が同一であれば、第３の閾値Ｔth３を前述した第１の閾値Ｔth１と等しくし、第４の閾値Ｔth４を第２の閾値Ｔth２と等しくしても良い。

ステップＳ３２において、制御部３２は、幹電線分配器１１の制御部２２より送信される枝側ＳＷ強制遮断信号がＬｏであるか否かを判断する。そして、枝側ＳＷ強制遮断信号がＬｏでない場合（Ｈｉの場合）には、ステップＳ３３に処理を進め、枝側ＳＷ強制遮断信号がＬｏである場合には、ステップＳ３４に処理を進める。

ステップＳ３３において、制御部３２は、各電子スイッチ３１-1〜３１-nを全て遮断する。即ち、幹電線４１に過電流が流れて該幹電線４１の温度が第１の閾値Ｔth１に達した場合には、電子スイッチ３１-1〜３１-nを全て遮断して、負荷ＲＬ１〜ＲＬｎへの電力供給を停止する。

ステップＳ３４において、制御部３２は、電子スイッチ３１-1に設置される電流センサ３１Ｓにて、電流が検出されたか否かを判定する。そして、電流が検出された場合には、ステップＳ３５に処理を進め、電流が検出されない場合にはステップＳ３７に処理を進める。

ステップＳ３５において、制御部３２は、電流センサ３１Ｓで検出される電流が枝電線５１-1に継続して流れたときの該枝電線５１-1の目標温度（飽和温度）が、現時点での推定温度以上であるか否かを判定する。この処理では、上述した（１）〜（３）式の温度推定ロジックにより、所定のサンプリング時間毎に枝電線５１-1の温度を推定し、この推定温度が目標温度に達しているか否かを判定する。そして、目標温度が現時点での推定温度以上であると判定された場合には、今後枝電線５１-1は発熱するのでステップＳ３６に処理を進め、目標温度が現時点での推定温度未満であると判定された場合には、今後枝電線５１-1は放熱するのでステップＳ３７に処理を進める。

ステップＳ３６において、制御部３２は、上述した温度推定ロジックにより、目標温度に向けて発熱処理を実行する。即ち、目標温度が現在の推定温度よりも高い場合には、枝電線５１-1に電流が流れることにより、該枝電線５１-1の温度は上昇するので、発熱処理を実行する。その後、ステップＳ３８に処理を進める。

ステップＳ３７において、制御部３２は、上述した温度推定ロジックにより、目標温度に向けて放熱処理を実行する。即ち、枝電線５１-1に電流が流れていない場合（ステップＳ３４でＮＯの場合）、或いは、電流が流れている場合で現在の推定温度が目標温度よりも高い場合（ステップＳ３５でＮＯの場合）には、枝電線５１-1の温度は低下するので、放熱処理を実行する。その後、ステップＳ３８に処理を進める。

ステップＳ３８において、制御部３２は、現在の推定温度を算出して、メモリ（図示省略）等に記憶する。こうして、現在の枝電線５１-1の温度を推定することができる。なお、これと同様に、他の枝電線５１-2〜３１-nについても温度を推定することができる。

その後、ステップＳ３９において、制御部３２は、枝電線分配器１２に設けられる電子スイッチ３１-1が遮断状態であるか否かを判定する。そして、遮断状態でない場合（接続状態である場合）にはステップＳ４０に処理を進め、遮断状態である場合にはステップＳ４４に処理を進める。

ステップＳ４０において、制御部３２は、枝電線５１-1の推定温度が第３の閾値Ｔth３よりも低いか否かを判定し、低いと判定された場合にはステップＳ４３に処理を進め、低いと判定されない場合（高いと判定された場合）には、ステップＳ４１に処理を進める。

ステップＳ４３において、制御部３２は、幹電線分配器１１の制御部２２に出力する枝電線異常信号をＬｏとする。従って、幹電線分配器１１に設けられた電子スイッチ２１はオン状態が維持されることになる。

ステップＳ４１において、制御部３２は、枝電線５１-1の推定温度が第３の閾値Ｔth３よりも高く、第４の閾値Ｔth４よりも低いか否かを判定し、この範囲であると判定された場合には、ステップＳ４２に処理を進め、この範囲で無いと判定されない場合（第４の閾値Ｔth４よりも高いと判定された場合）には、ステップＳ４４に処理を進める。

ステップＳ４２において、制御部３２は、枝電線５１-1に接続された電子スイッチ３１-1をＰＷＭ制御して、該枝電線５１-1に流れる電流を低減させる。その後、ステップＳ４３に処理を進める。

ステップＳ４４において、制御部３２は、幹電線分配器１１の制御部２２に出力する枝電線異常信号をＨｉとし、且つ、枝電線分配器１２の電子スイッチ３１-1をオフとする。従って、幹電線分配器１１では、制御部２２の制御下で、第１の閾値、及び第２の閾値をそれぞれＴth１’、及びＴth２’に変更する制御が行われ（図２のステップＳ１９参照）、且つ、制御部３２の制御により電子スイッチ３１-1がオフとされる。その後、ステップＳ４５に処理を進める。

ステップＳ４５において、制御部３２は、枝電線５１-1の温度が周囲温度まで低下したか否かを判定し、周囲温度に達した場合には、ステップＳ４６に処理を進め、周囲温度に達しない場合には、ステップＳ３２に処理を戻して上述した処理を繰り返す。

ステップＳ４６において、制御部３２は、枝電線異常信号をＬｏに変更し、且つ、枝電線分配器１２の該当する電子スイッチ３１-1の遮断を解除する。その結果、幹電線分配器１１の制御部２２では、第１の閾値、及び第２の閾値をそれぞれＴth１，Ｔth２に戻す処理が行われる。

こうして、枝電線５１-1に過電流が発生して該枝電線５１-1の温度が上昇し、第３の閾値Ｔth３に達した場合には、電子スイッチ３１-1をＰＷＭ制御することにより、枝電線５１-1に流れる電流を低減させ、その後更に電線温度が上昇して第４の閾値Ｔth４に達した場合には、電子スイッチ３１-1を遮断する。従って、過電流が発生した場合には電線温度の上昇速度を抑制することができ、負荷ＲＬ１が遮断するまでの時間を引き延ばすことができる。なお、上記では、電子スイッチ３１-1の動作を例に挙げて説明したが、電子スイッチ３１-2〜３１-nについても同様に動作する。

次に、図５，図６に示すタイミングチャートを参照して、枝電線分配器１２の制御部３２、及び電子スイッチ３１-1の動作について説明する。図５（ａ）に示すように、時刻ｔ１１にて電子スイッチ３１-1の駆動指令が入力されると、図５（ｃ）に示すように電子スイッチ３１-1がオンとなり、枝電線５１-1に負荷電流が流れて該枝電線５１-1の温度が上昇を開始する（曲線ｑ２参照）。そして、時刻ｔ１２にて飽和温度に達し、この飽和温度で安定する。この飽和温度は、第３の閾値Ｔth３に達していないので、枝電線異常信号はＬｏとなる（図３のステップＳ４３参照）。

その後、時刻ｔ１３にて枝電線５１-1に短絡事故等が発生して、該枝電線５１-1に流れる電流が急激に増加すると、これに伴って電線温度が上昇する。その結果、時刻ｔ１４で枝電線５１-1の推定温度が第３閾値Ｔth３に達すると、図５（ｃ）に示すように、電子スイッチ３１はＰＷＭ制御を実行する（図３のステップＳ４２参照）。従って、時刻ｔ１４の後は、温度曲線ｑ２の勾配が若干低下している。

そして、更に時間が経過し、時刻ｔ１５で枝電線５１-1の推定温度が第４の閾値Ｔth４に達すると、図５（ｃ）に示すように、電子スイッチ３１-1がオフとされる。従って、枝電線５１-1に電流が流れなくなるので、該枝電線５１-1の推定温度は下降を開始する。更に、図５（ｄ）に示すように、枝電線異常信号をＬｏからＨｉに切り替える。その結果、幹電線分配器１１の制御部２２は、第１の閾値、及び第２の閾値をそれぞれＴth１’，Ｔth２’に変更するので、幹電線４１はより低い温度で遮断されるように変更される。

その後、時刻ｔ１６で枝電線５１-1の温度が周囲温度まで低下すると、図５（ｃ）に示すように、電子スイッチ３１-1がオンとされ、且つ、枝電線異常信号はＬｏとされる（図３のステップＳ４６参照）。

そして、例えば、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ１７にて幹電線分配器１１の制御部２２より枝側ＳＷ強制遮断信号が送信された場合には、電子スイッチ３１-1は即時に遮断され、枝電線５１-1の温度は周囲温度まで低下する。

こうして、枝電線分配器１２では、枝電線５１-1の温度が第３の閾値Ｔth３に達した場合に、電子スイッチ３１-1をＰＷＭ制御することにより、枝電線５１-1の温度上昇を抑制するので、該枝電線５１-1に接続される負荷ＲＬ１の駆動を継続させることができる。その後、枝電線５１-1の温度が第４の閾値Ｔth４に達した場合には、電子スイッチ３１-1を遮断することにより枝電線５１-1、及び負荷ＲＬを温度上昇から保護することができる。

なお、上述した実施形態では、枝電線５１-1の温度が第３の閾値Ｔth３に達した場合に、電子スイッチ３１-1を所定のデューティ比でＰＷＭ制御する例について説明したが、図６の「Ａ」部の変更例に示すように、デューティ比を徐々に低下させるようにしても良い。即ち、時刻ｔ１４〜ｔ１５の間でＰＷＭ制御を行い、この際のデューティ比を徐々に低減することにより、枝電線５１-1の温度上昇をより一層抑制することが可能となる。

このようにして、本実施形態に係る車両用電力分配装置１００では、幹電線４１の上限温度に第１の閾値Ｔth１、及び第２の閾値Ｔth２を設定し、且つ、枝電線５１-1〜５１-nの上限温度に第３の閾値Ｔth３、及び第４の閾値Ｔth４を設定している。そして、幹電線４１の温度が第１の閾値Ｔth１を超えた場合には、枝側ＳＷ強制遮断信号をＨｉとして枝電線分配器１２に設けられる各電子スイッチ３１-1〜３１-nを遮断して、負荷ＲＬ１〜ＲＬｎを停止させて回路全体を保護する。その後、幹電線４１の温度が更に上昇して第２の閾値Ｔth２に達した場合には、電子スイッチ２１を遮断して、幹電線４１への電力供給を停止する。従って、幹電線４１の温度が上昇した場合には、先に枝電線５１-1〜５１-nの電子スイッチ３１-1〜３１-nが遮断され、その後、幹電線分配器１１の電子スイッチ２１が遮断されるので、各電子スイッチ３１-1〜３１-nを確実にオフ状態として、車両用電力分配装置１００全体を停止させることができる。

また、枝電線５１-1の温度が上昇し第３の閾値Ｔth３を超えた場合には、該枝電線５１-1に接続される電子スイッチ３１-1をＰＷＭ制御して枝電線５１-1に流れる電流を低下させるので、枝電線５１-1の急激な温度上昇を抑制でき、負荷ＲＬ１をより長い時間駆動させることができる。また、枝電線５１-1の寿命を長くすることができる。

更に、枝電線５１-1に温度が上昇して第４の閾値Ｔth４に達した場合には、電子スイッチ３１-1を遮断すると共に、幹電線分配器１１に送信する枝電線異常信号をＨｉに切り替えて、該幹電線分配器１１における第１の閾値、及び第２の閾値を、通常よりも低い温度であるＴth１’，及びＴth２’に変更する。従って、枝電線５１-1の温度が上昇した場合には、幹電線４１はより低い温度で遮断されることになり、幹電線４１の温度上昇に対して、より早い時点で電子スイッチ２１を遮断して回路全体を過熱から保護することができる。その結果、幹電線４１、及び枝電線５１-1〜５１-nを細径化することができ、車両の軽量化に貢献できる。

また、１つの負荷に対して１つのフューズを設ける構成でなく、複数の負荷に１つのフューズを対応させる場合で、各負荷のオン、オフのタイミングが不明な場合に採用することができるので汎用性に富む。また、外来ノイズによる影響を低減することができる。更に、メカフューズが不要であるので、設計自由度、設置場所の融通性を高めることができる。

以上、本発明の電力分配装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上記した実施形態では、消費電力低減制御として、ＰＷＭ制御を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、負荷に出力する電圧を変更して消費電力を低減させる方式を採用することも可能である。

本発明は、幹電線分配器、及び枝電線分配器を備える電力分配装置で、電線の発熱に応じて好適に電子スイッチのオン、オフを切り替えることに利用することができる。

１００ 車両用電力分配装置
１１ 幹電線分配器
１２ 枝電線分配器
２１，２１ａ 電子スイッチ
２２ 制御部
３１-1〜３１-n 電子スイッチ
３２ 制御部
ＳＷ１〜ＳＷｎ入力制御スイッチ
４１ 幹電線
４２ 通信線
５１-1〜５１-n 枝電線
ＲＬ１〜ＲＬｎ 負荷
ＶＢ バッテリ

Claims (4)

1. 直流電源に接続され、該直流電源より供給される電力を複数の幹電線に分配する幹電線分配器と、前記各幹電線にそれぞれ接続され、複数の枝電線に電力を分配する枝電線分配器とを備え、前記枝電線の後段に設けられる負荷に電力を供給する電力分配装置において、
   前記幹電線分配器は、
   各幹電線毎に設けられ、それぞれの幹電線に流れる電流を検出する幹電線電流検出手段と、
   各幹電線毎に設けられ、それぞれの幹電線の接続、遮断を切り替える幹電線用スイッチ手段と、
   各幹電線について、幹電線電流検出手段で検出される電流によりこの幹電線の温度を推定し、この推定温度に基づいて、この幹電線に接続された幹電線用スイッチ手段を制御する幹電線制御手段と、を有し、
   前記各枝電線分配器は、
   各枝電線毎に設けられ、それぞれの枝電線に流れる電流を検出する枝電線電流検出手段と、
   各枝電線毎に設けられ、それぞれの枝電線の接続、遮断を切り替える枝電線用スイッチ手段と、
   各枝電線について、枝電線電流検出手段で検出される電流によりこの枝電線の温度を推定し、この推定温度に基づいて、この枝電線に接続された枝電線用スイッチ手段を制御する枝電線制御手段と、を有し、
   更に、前記幹電線制御手段と前記枝電線制御手段との間で通信を行う通信線を備え、
   前記幹電線制御手段は、各幹電線の上限温度を規定する第２の閾値、及び該第２の閾値よりも低い第１の閾値を設定し、一の幹電線の推定温度が前記第１の閾値を上回った場合に、前記一の幹電線に対して設けられた枝電線制御手段に枝側ＳＷ強制遮断信号を送信し、且つ、前記一の幹電線の推定温度が前記第２の閾値を上回った場合に、前記一の幹電線に接続された幹電線用スイッチ手段を遮断する制御を行い、
   前記枝電線制御手段は、
   各枝電線の上限温度を規定する第４の閾値、及び該第４の閾値よりも低い第３の閾値を設定し、一の枝電線の推定温度が前記第３の閾値を上回った場合には、前記一の枝電線に接続された枝電線用スイッチ手段を消費電力低減制御してこの枝電線に電力を供給し、
   前記一の枝電線の推定温度が前記第４の閾値を上回った場合には、前記一の枝電線に接続される枝電線用スイッチ手段を遮断し、
   前記幹電線制御手段より、枝側ＳＷ強制遮断信号が送信された場合には、全ての枝電線用スイッチ手段を遮断すること、
   を特徴とする車両用電力分配装置。
   
   
2. 前記消費電力低減制御は、所望のデューティ比で前記枝電線の電力を供給するＰＷＭ制御であることを特徴とする請求項１に記載の車両用電力分配装置。
3. 前記枝電線制御手段は、前記ＰＷＭ制御を実施する際に、時間経過と共にデューティ比を低減させることを特徴とする請求項２に記載の車両用電力分配装置。
4. 前記枝電線制御手段は、前記枝電線の推定温度が前記第４の閾値を上回った場合に、前記幹電線制御手段に枝電線異常信号を送信し、
   前記幹電線制御手段は、前記枝電線異常信号を受信した場合には、前記第１の閾値、及び第２の閾値を低下させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用電力分配装置。

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