JP5901387B2 - 電線保護装置及び電線保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、電線保護装置及び電線保護方法に関し、特に電線の温度を精度良く算出することができる電線保護装置及び電線保護方法に関する。

従来から、自動車に搭載される回路等において、電力を供給する電線及び負荷に直列にシャント抵抗を設置して、通電する電流を測定するものがある。このような回路では、異常電流が流れた際に負荷異常と判断して、電線の保護及びヒューズが溶断するのを回避するため、負荷の動作を停止するようにしている。

例えば、特許文献１では、負荷と直列に設置したシャント抵抗から分岐して同じ温度係数を持つ第２のシャント抵抗を設置し、その２つのシャント抵抗を近傍に配置して熱結合させるようにしていた。そして、第２のシャント抵抗に微小な電流を流して、２つのシャント抵抗の電位差を比較調整することにより、マイコン等で温度補正することなく、温度補正された電流を算出し、想定している負荷電流より大きな電流が流れた場合には、異常電流として負荷を停止するようにしていた。

特開２００５-１９７１０４号公報

しかし、特許文献１に係る発明では、電線に流れる電流は精度良く測れるものの、自動車に搭載されている多数の負荷毎に負荷を停止する遮断電流を設定しなければならないという問題点があった。また、電線に流れる電流を測っているのみであるため、電線の限界までに余裕のある電流しか流しておらず、電線の能力を十分に発揮できていないという問題点があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、電線の温度を精度良く算出することができ、電線の能力を限界まで発揮することのできる電線保護装置及び電線保護方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、温度依存性のある抵抗値を持った保護対象電線と、前記保護対象電線の一方の端部の電圧を測定する第１の制御手段と、前記保護対象電線の他方の端部の電圧を測定し、前記第１の制御手段と通信手段によって接続された第２の制御手段と、前記保護対象電線を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の基準電位を補正する基準電位補正手段と、を具備し、前記第１の制御手段は、前記第２の制御手段から前記通信手段を介して前記保護対象電線の他方の端部の電圧を取得して、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差を算出し、前記電流測定手段によって測定された前記保護対象電線を流れる電流と、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差から前記保護対象電線の抵抗値を算出して、前記保護対象電線の抵抗値から前記保護対象電線の温度を算出することを特徴とする電線保護装置である。

また、前記保護対象電線の温度が所定の値以上になった場合には、前記保護対象電線に流れる電流を遮断する電流遮断手段を具備するようにしてもよい。

また、前記第１の制御手段が測定する電圧と前記第２の制御手段が測定する電圧のばらつきを補正する電圧補正手段を具備するようにしてもよい。

また、前記第１の制御手段が電圧を測定した時間と前記第２の制御手段が電圧を測定した時間のずれを補正して同期を取るための同期手段を具備するようにしてもよい。

また、前記基準電位補正手段は、基準接地電位である接地点と前記保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位点の間に流れている電流と、前記接地点と前記保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位点の間の抵抗値により、前記接地点と前記保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位点との電位差を算出するようにするのが望ましい。

また、前記電流遮断手段は、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差が所定の値以上になった場合には、前記保護対象電線に流れる電流を遮断するようにしてもよい。

第１の発明によれば、保護対象電線の温度を精度良く算出することができ、保護対象電線の能力を限界まで発揮することができる。

また、保護対象電線の温度が所定の値以上になった場合に、保護対象電線に流れる電流を遮断する電流遮断手段を具備するようにすれば、保護対象電線が発煙したり発火したりするのを確実に防止することができる。

また、第１の制御手段が測定する電圧と第２の制御手段が測定する電圧のばらつきを補正する電圧補正手段を具備するようにすれば、保護対象電線の温度をさらに精度良く算出することができる。

また、第１の制御手段が電圧を測定した時間と第２の制御手段が電圧を測定した時間のずれを補正して同期を取るための同期手段を具備するようにすれば、保護対象電線の一方の端部と他方の端部を流れる電流の時間のずれを同期することができ、保護対象電線の温度をさらに精度良く算出することができる。

また、保護対象電線の一方の端部と他方の端部の基準電位を補正する基準電位補正手段を具備するようにすれば、保護対象電線の一方の端部と他方の端部の基準電位（グランド電位）がずれた場合でも、保護対象電線の温度を精度良く算出することができる。

また、基準電位補正手段が、基準接地電位である接地点と保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位点の間に流れている電流と、接地点と保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位点の間の抵抗値により、接地点と保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位点との電位差を算出するようにすれば、保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位（グランド電位）のずれをさらに精度良く算出することができる。

また、電流遮断手段が、保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差が所定の値以上になった場合に、保護対象電線に流れる電流を遮断するようにすれば、保護対象電線が発火するなど危険な状態となるのを確実に防止することができる。

第２の発明は、温度依存性のある抵抗値を持った保護対象電線と、前記保護対象電線の一方の端部の電圧を測定する第１の制御手段と、前記保護対象電線の他方の端部の電圧を測定し、前記第１の制御手段と通信手段によって接続された第２の制御手段と、前記保護対象電線を流れる電流を測定する電流測定手段と、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の基準電位を補正する基準電位補正手段と、を具備する電線保護装置で行われる電線保護方法であって、前記第１の制御手段が、前記第２の制御手段から前記通信手段を介して前記保護対象電線の他方の端部の電圧を取得して、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差を算出する電位差算出ステップと、前記電流測定手段によって測定された前記保護対象電線を流れる電流と、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差から前記保護対象電線の抵抗値を算出する抵抗値算出ステップと、前記保護対象電線の抵抗値から前記保護対象電線の温度を算出する温度算出ステップと、を含むことを特徴とする電線保護方法である。

第２の発明によれば、保護対象電線の温度を精度良く算出することができ、保護対象電線の能力を限界まで発揮することができる。

本発明により、保護対象電線の温度を精度良く算出することができ、保護対象電線の能力を限界まで発揮することが可能な電線保護装置及び電線保護方法を提供することができる。

電線保護装置の構成例を示す図である。 第１の制御部が保護対象電線の温度を算出する流れを示すフローチャートである。 第１の制御部の機能を示す機能ブロック図である。 基準電位補正部が保護対象電線の一方の端部と他方の端部の基準電位を補正する方法を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電線保護装置１の構成例を示す図である。

図１に示す電線保護装置１は、第１の制御部３、スイッチング素子４ａ、４ｂ、シャント抵抗５ａ、５ｂを有するコントローラ２、第２の制御部２２を有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０、第２の制御部２３を有するＥＣＵ２１、保護対象電線１４、１５、第１の制御部３と第２の制御部２２、２３を接続する通信手段１２等を備えている。図１に示す電線保護装置１は、例えば、自動車に搭載されて、エンジン等の負荷を駆動制御すると共に、電線保護装置として機能する。

コントローラ２とＥＣＵ２０は保護対象電線１４によって接続され、コントローラ２とＥＣＵ２１は保護対象電線１５によって接続されている。コントローラ２は、駆動電源（図１において図示せず）から駆動電圧Ｖｂが供給される。

駆動電圧Ｖｂは、コントローラ２のスイッチング素子４ａ、シャント抵抗５ａ、及び保護対象電線１４を介してＥＣＵ２０に供給される。また、駆動電圧Ｖｂは、コントローラ２のスイッチング素子４ｂ、シャント抵抗５ｂ、及び保護対象電線１５を介してＥＣＵ２１に供給される。

第１の制御部３は、CPU（Central
Processing Unit）、ROM（Read Only
Memory）、RAM（Random Access
Memory）等を備えるコンピュータシステムであり、ＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子４ａ、４ｂのゲート電圧を制御する。これにより、駆動電源からＥＣＵ２０、２１に供給される電圧等を制御する。また、第１の制御部３は、後述のように、保護対象電線１４、１５の温度を算出する。

シャント抵抗５ａは、第１の制御部３に内蔵されたＡ／Ｄ変換器１０ａに接続されており、第１の制御部３はＡ／Ｄ変換器１０ａによって保護対象電線１４を流れる電流Ｉ１を測定する。また、シャント抵抗５ｂは、第１の制御部３に内蔵されたＡ／Ｄ変換器１０ｂに接続されており、第１の制御部３はＡ／Ｄ変換器１０ｂによって保護対象電線１５を流れる電流Ｉ２を測定する。なお、保護対象電線１４、１５を流れる電流Ｉ１、Ｉ２の測定は、シャント抵抗５ａ、５ｂの代わりに、スイッチング素子４ａ、４ｂのＯＮ抵抗（スイッチング素子がＯＮの時の抵抗）とスイッチング素子のソース−ドレイン間の電圧から測定してもよい。

また、保護対象電線１４がコントローラ２に接続される端部には、第１の制御部３に内蔵されたＡ／Ｄ変換器１１ａが接続されており、第１の制御部３は、Ａ／Ｄ変換器１１ａによって、保護対象電線１４がコントローラ２に接続される端部の電圧Ｖを測定する。また、保護対象電線１５がコントローラ２に接続される端部には、第１の制御部３に内蔵されたＡ／Ｄ変換器１１ｂが接続されており、第１の制御部３は、Ａ／Ｄ変換器１１ｂによって、保護対象電線１５がコントローラ２に接続される端部の電圧Ｖを測定する。

第２の制御部２２、２３は、第１の制御部３と同様に、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）等を備えるコンピュータシステムであり、それぞれＥＣＵ２０、２１を制御する。また、第２の制御部２２は、Ａ／Ｄ変換器２４ａを内蔵し、Ａ／Ｄ変換器２４ａによって保護対象電線１４がＥＣＵ２０に接続される端部の電圧Ｖ１を測定する。また、第２の制御部２３は、Ａ／Ｄ変換器２４ｂを内蔵し、Ａ／Ｄ変換器２４ｂによって保護対象電線１５がＥＣＵ２１に接続される端部の電圧Ｖ２を測定する。

図２は、第１の制御部３が保護対象電線１４の温度を算出する流れを示すフローチャートである。なお、図２では、第１の制御部３が保護対象電線１４の温度を算出する手順を示すが、保護対象電線１５の温度の算出も同様に行われる。また、ＥＣＵ、保護対象電線等の数は、任意である。

まず、第１の制御部３は、Ａ／Ｄ変換器１１ａによって、保護対象電線１４がコントローラ２に接続される端部（以下、一方の端部という）の電圧Ｖを測定する（Ｓ１）。

次に、第１の制御部３は、第２の制御部２２によって測定された保護対象電線１４がＥＣＵ２０に接続される端部（以下、他方の端部という）の電圧Ｖ１を、通信手段１２を介して取得する（Ｓ２）。なお、保護対象電線１４の他方の端部の電圧は、通信手段１２を用いればよいが、多重通信手段で取得するのが望ましい。多重通信手段の例としては、ＬＩＮ、ＣＡＮ、Ｆｌｅｘｒａｙ、ＵＡＲＴ等がある。また、後述するように、保護対象電線１４の一方の端部の電圧と他方の端部の電圧は、測定する際に時間のずれが生じるため、同期を取るようにするのが望ましい。

そして、第１の制御部３は、保護対象電線１４の一方の端部と他方の端部の電位差を算出する（Ｓ３）。なお、保護対象電線１４の一方の端部と他方の端部の電位差は（Ｖ−Ｖ１）で表される。

それから、第１の制御部３は、Ａ／Ｄ変換器１０ａによって測定された保護対象電線１４を流れる電流Ｉ１と、保護対象電線１４の一方の端部と他方の端部の電位差から保護対象電線１４の抵抗値Ｒ１を算出する（Ｓ４）。なお、保護対象電線１４の抵抗値Ｒ１は、以下の式（１）で与えられる。
Ｒ１＝（Ｖ−Ｖ１）／Ｉ１・・・（１）

そして、第１の制御部３は、Ｓ４で算出された保護対象電線１４の抵抗値Ｒ１から保護対象電線１４の温度を算出する（Ｓ５）。本実施形態の保護対象電線１４は、例えば、銅から形成されており、温度依存性のある抵抗値を持っている。銅の導体抵抗値には温度依存性があり、温度係数αは、α＝０．４％／℃で表される。また、保護対象電線１４が０．５ｓｑ（平方ミリメートル）の銅から形成されているとすると、２０℃のときに３７．１ｍΩ／ｍの抵抗値を持ち、３５℃のときには１５℃分の抵抗値が加わる。

また、保護対象電線１４の断面積、長さは既知であるため、Ｓ４で算出された保護対象電線１４の抵抗値Ｒ１から保護対象電線１４の温度を算出することができる。なお、温度がｔ℃における保護対象電線１４の抵抗値Ｒｔは、以下の式（２）で表される。
Ｒｔ＝Ｒ２０×（１＋α×（ｔ−２０））・・・（２）
なお、式（２）において、Ｒ２０は２０℃のときの保護対象電線１４の抵抗値である。上記の式（２）を用いて、保護対象電線１４の温度を求めることができる。同様に、保護対象電線１５の温度の算出も同様に行われる。この場合、保護対象電線１５がコントローラ２に接続される端部（以下、一方の端部という）の電圧Ｖ’を測定して、保護対象電線１５の抵抗値Ｒ２を、
Ｒ２＝（Ｖ’−Ｖ２）／Ｉ２・・・（１’）
として求めればよい。

図３は、第１の制御部３の機能を示す機能ブロック図である。なお、図３では、図３に示す構成要件が、すべて第１の制御部１に設けられているものとしているが、一部の構成要件を第２の制御部２２等に設けるようにしてもよい。また、図３においても、保護対象電線１４を例として説明する。

図３に示すように、第１の制御部３は、温度算出部３１、電流遮断部３２、電圧補正部３３、同期部３４、基準電位補正部３５等を備えている。

温度算出部３１は、図２に示すように、保護対象電線１４の温度を算出する。

電流遮断部３２は、温度算出部３１が算出した保護対象電線１４の温度が所定の値以上になった場合には、保護対象電線１４に流れる電流を遮断する。例えば、保護対象電線１４の被服が８０℃で発煙する場合には、保護対象電線１４が８０℃に達する直前に保護対象電線１４に流れる電流を遮断する。

また、電流遮断部３２は、保護対象電線１４の一方の端部と他方の端部の電位差が所定の値以上になった場合にも、保護対象電線１４に流れる電流を遮断する。これは、保護対象電線１４の一方の端部と他方の端部に想定以上の電圧降下があった場合には、保護対象電線１４の温度を算出する前に電流を遮断し、保護対象電線１４が発火するなど危険な状態となるのを防止するためである。

電圧補正部３３は、第１の制御手段３が測定する電圧（保護対象電線１４の一方の端部の電圧）と第２の制御手段２２が測定する電圧（保護対象電線１４の他方の端部の電圧）のばらつきを補正する。例えば、保護対象電線１４の長さや断面積、デバイス等による電圧のばらつきを補正するため、一定の環境温度で一定の電流を保護対象電線１４に流し、そのときに第１の制御手段３が測定した電圧と第２の制御手段２２が測定した電圧を電圧補正部３３に記憶させる。電圧補正部３３は、そのときの電圧を用いて、第１の制御手段３が測定する電圧と第２の制御手段２２が測定する電圧のばらつきを補正する。

同期部３４は、第１の制御手段３が電圧を測定した時間と第２の制御手段２２が電圧を測定した時間のずれを補正して同期を取る。これは、保護対象電線１４を流れる電流が一方の端部から他方の端部へ到達するまでの時間のずれを補正するためである。同期部３４は、例えば、第１の制御手段３が電圧を測定した時間から所定のビット数遅れたときに第２の制御手段２２が測定した電圧を通信手段１２を介して取得し、同期を取る。そして、温度算出部３３は同期の取れた電圧から保護対象電線１４の一方の端部と他方の端部の電位差を算出する。

基準電位補正部３５は、保護対象電線１４の一方の端部と他方の端部の基準電位（グランド電位）を補正する。これは、電力が供給されるＥＣＵ２０等の場所により、流れる電流の大小で基準のグランド電位がずれる可能性があるからである。

図４は、基準電位補正部３５が保護対象電線１５の一方の端部と他方の端部の基準電位を補正する方法を示す図である。なお、図５では、保護対象電線１５を例として説明する。

基準電位補正部３５は、基準接地電位Ｇｓである接地点５０と保護対象電線１５の一方の端部の基準電位点（グランド）５１に流れている電流Ｉａと、接地点５０と保護対象電線１５の一方の端部の基準電位点５１の間の抵抗値Ｒａから、接地点５０と保護対象電線１５の一方の端部の基準電位点５１との電位差を算出する。なお、図４では、基準電位点５１の電位をＧａとしている。また、接地点５０には、駆動電源４０のマイナス側が接続されている。

また、基準電位補正部３５は、基準接地電位Ｇｓである接地点５０と保護対象電線１５の他方の端部の基準電位点（グランド）５２に流れている電流Ｉｂと、接地点５０と保護対象電線１５の他方の端部の基準電位点５２の間の抵抗値Ｒｂから、接地点５０と保護対象電線１５の他方の端部の基準電位点５２との電位差を算出する。なお、図４では、基準電位点５２の電位をＧｂとしている。

本実施形態では、第１の制御部３等によって動作している負荷が分かるため、電流Ｉａ、Ｉｂが流れている箇所が特定できる。また、電流Ｉａ、Ｉｂの電流値は、動作している負荷ごとに既知の値を取る。さらに、抵抗値Ｒａ、Ｒｂも既知であるため、基準接地電位Ｇｓと基準電位Ｇａ、Ｇｂとの電位差を算出することができる。これにより、基準電位Ｇａと基準電位Ｇｂとのずれが分かり、保護対象電線１５の一方の端部と他方の端部の基準電位を補正することができる。

以上、本発明の実施形態に係る電線保護装置１によれば、保護対象電線１４、１５の一方の端部と他方の端部の電位差から保護対象電線１４、１５の抵抗値を算出して、保護対象電線１４、１５の抵抗値から保護対象電線１４、１５の温度を算出するため、保護対象電線１４、１５の温度を精度良く算出することができ、保護対象電線１４、１５の能力を限界まで発揮することが可能となる。また、保護対象電線１４、１５の限界まで電流を流せるため、保護対象電線１４、１５を細径化することができる。さらに、本発明の実施形態に係る電線保護装置１では、保護対象電線１４、１５の実温度を算出しているため、保護対象電線１４、１５に外部からの熱影響があった場合、従来の電流値のみで遮断している方法よりも保護対象電線１４、１５の限界に近い温度まで使用することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る電線保護装置及び電線保護方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………電線保護装置
２………コントローラ
３………第１の制御部
４ａ、４ｂ………スイッチング素子
５ａ、５ｂ………シャント抵抗
１０ａ、１０ｂ………Ａ／Ｄ変換器
１１ａ、１１ｂ………Ａ／Ｄ変換器
１２………通信手段
１４、１５………保護対象電線
２０、２１………ＥＣＵ
２２、２３………第２の制御部
２４ａ、２４ｂ………Ａ／Ｄ変換器
３１………温度算出部
３２………電流遮断部
３３………電圧補正部
３４………同期部
３５………基準電位補正部

Claims (7)

1. 温度依存性のある抵抗値を持った保護対象電線と、
   前記保護対象電線の一方の端部の電圧を測定する第１の制御手段と、
   前記保護対象電線の他方の端部の電圧を測定し、前記第１の制御手段と通信手段によって接続された第２の制御手段と、
   前記保護対象電線を流れる電流を測定する電流測定手段と、
   前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の基準電位を補正する基準電位補正手段と、
   を具備し、
   前記第１の制御手段は、前記第２の制御手段から前記通信手段を介して前記保護対象電線の他方の端部の電圧を取得して、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差を算出し、前記電流測定手段によって測定された前記保護対象電線を流れる電流と、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差から前記保護対象電線の抵抗値を算出して、前記保護対象電線の抵抗値から前記保護対象電線の温度を算出する
   ことを特徴とする電線保護装置。
2. 前記保護対象電線の温度が所定の値以上になった場合には、前記保護対象電線に流れる電流を遮断する電流遮断手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の電線保護装置。
3. 前記第１の制御手段が測定する電圧と前記第２の制御手段が測定する電圧のばらつきを補正する電圧補正手段を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電線保護装置。
4. 前記第１の制御手段が電圧を測定した時間と前記第２の制御手段が電圧を測定した時間のずれを補正して同期を取るための同期手段を具備することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の電線保護装置。
5. 前記基準電位補正手段は、基準接地電位である接地点と前記保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位点の間に流れている電流と、前記接地点と前記保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位点の間の抵抗値により、前記接地点と前記保護対象電線の一方の端部及び他方の端部の基準電位点との電位差を算出することを特徴とする請求項１に記載の電線保護装置。
6. 前記電流遮断手段は、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差が所定の値以上になった場合には、前記保護対象電線に流れる電流を遮断することを特徴とする請求項２に記載の電線保護装置。
7. 温度依存性のある抵抗値を持った保護対象電線と、
   前記保護対象電線の一方の端部の電圧を測定する第１の制御手段と、
   前記保護対象電線の他方の端部の電圧を測定し、前記第１の制御手段と通信手段によって接続された第２の制御手段と、
   前記保護対象電線を流れる電流を測定する電流測定手段と、
   前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の基準電位を補正する基準電位補正手段と、
   を具備する電線保護装置で行われる電線保護方法であって、
   前記第１の制御手段が、前記第２の制御手段から前記通信手段を介して前記保護対象電線の他方の端部の電圧を取得して、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差を算出する電位差算出ステップと、
   前記電流測定手段によって測定された前記保護対象電線を流れる電流と、前記保護対象電線の一方の端部と他方の端部の電位差から前記保護対象電線の抵抗値を算出する抵抗値算出ステップと、
   前記保護対象電線の抵抗値から前記保護対象電線の温度を算出する温度算出ステップと、
   を含むことを特徴とする電線保護方法。

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