JP5924095B2

JP5924095B2 - 保護回路

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Publication number: JP5924095B2
Application number: JP2012094617A
Authority: JP
Inventors: 潤齋藤; 照敏尾藤; 隆志野中
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: JP2013223369A

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両で用いて好適な保護回路に関する。

電動車両では、走行用のモータなどのような大きな電気負荷を備える。このような電気負荷への給電には、高電圧に堪え得るケーブルを利用する。

しかしながら、ケーブルの耐久性にも限りがあり、異常な高電流が流れた場合には、発煙などの不具合が生じる恐れがある。

そこで、ケーブルの電流が過大となった場合に、その電流を低減、または停止することによって発煙などの不具合を防止する保護回路が知られている。

保護回路は、典型的にはヒューズを利用したものが知られている。

また特許文献１には、入力電気量の実効値に基づき保護演算を行って遮断器のトリップ指令を出力する技術が開示されている。

特開平３−２４５７１５号公報

しかしながらヒューズは、短期間の間に大きな電流が流れることにより溶断する特性を有し、小さめの過大電流が比較的長時間に渡って継続するような場合には溶断に至らないケースがある。

また、特許文献１の技術であると、入力電気量の瞬時値が小さい状態が継続した後に入力電気量が増大した場合には、その入力電気量の変化が実効値の変化として直ぐには現れず、トリップ指令を適正に出力できない恐れがある。

本発明は、比較的大きな過大電流が急激に生じる場合と、比較的小さな過大電流が長時間に渡って継続的に生じる場合のいずれにおいても、その過大電流に伴う不具合の発生を防止することを目的とする。

請求項１に記載される発明の保護回路は、電源手段から電気負荷へと給電する給電線における電流の電流値を検出する電流センサと、前記給電線に流れる電流を遮断または接続する開閉器と、それぞれ長さが異なる複数の演算期間について、各演算期間内で前記電流センサが検出した複数の前記電流値に基づいて前記電流の実効値を算出する算出手段と、複数の前記演算期間に関して前記算出手段がそれぞれ算出した複数の前記実効値のいずれかが、複数の前記演算期間に対応してそれぞれ予め定められた複数の遮断閾値のうちの同じ演算期間に対応する前記遮断閾値を超えたことに応じて前記給電を遮断するように前記開閉器を開とする遮断制御手段とを備える。

請求項２に記載される発明の保護回路は、請求項１に記載される算出手段が、複数の前記演算期間の終了時点をいずれも同一時点とする。

請求項３に記載される発明の保護回路は、請求項１または請求項２に記載される算出手段が、複数の前記演算期間のうちの少なくとも１つの長さを、電流の瞬時値と前記電流の継続時間との関数として表され、前記電源手段から前記電気負荷への給電経路中に介挿されたヒューズの溶断を示す溶断曲線と、前記実効値と前記継続時間との関数として表され、前記給電線の発煙を示す発煙曲線とが交差する点を表す前記継続時間よりも長くする。

請求項４に記載される発明の保護回路は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載される発明に加えて、前記電源手段から前記電気負荷への給電量を抑制する抑制手段と、前記複数の前記演算期間に関して前記算出手段がそれぞれ算出した複数の前記実効値のいずれかが、複数の前記演算期間に関してそれぞれ同じ演算期間に対応する前記遮断閾値よりも小さな値として予め定められた複数の抑制閾値のうちの同じ演算期間に関する前記抑制閾値を超えたことに応じて前記給電量を抑制するように前記抑制手段を制御する抑制制御手段を備える。

請求項５に記載される発明の保護回路は、請求項４に記載される抑制制御手段が、前記複数の前記演算期間に関して前記算出手段がそれぞれ算出した複数の前記実効値のいずれかが、複数の前記演算期間に対応した同じ演算期間に関する前記抑制閾値よりも小さな値として予め定められた複数の復帰閾値のうちの前記同じ演算期間に関する前記復帰閾値を下回ったことに応じて前記給電量の抑制を解除するように前記抑制手段を制御する。
請求項６に記載される発明の保護回路は、請求項１に記載されるそれぞれ長さが異なる複数の演算期間が、比較的大きな過大電流が急激に生じる第１の場合と、比較的小さな過大電流が長時間に渡って継続的に生じる第２の場合とのいずれの場合を含む監視期間内に設定され、前記複数の演算期間の少なくとも１つは前記第１場合と前記第２の場合とを含むように設定される。

本発明によれば、比較的大きな過大電流が急激に生じる場合と、比較的小さな過大電流が長時間に渡って継続的に生じる場合のいずれにおいても、その過大電流に伴う不具合の発生を防止できる。

電気自動車の構成を示す図。図１中のＥＣＵのブロック図。図１中のヒューズの溶断特性の一例と図１中の給電線の発煙特性の一例とを示す図。図２中のＣＰＵのフローチャート。監視期間内における瞬時値の変化の一例と演算期間の一例とを示す図。実効値Ｉrms_1の変化と第１乃至第３の閾値ＴＨa_1，ＴＨb_1，ＴＨc_1との一例を示す図。実効値Ｉrms_5の変化と第１乃至第３の閾値ＴＨa_5，ＴＨb_5，ＴＨc_5との一例を示す図。抑制モードにおける瞬時値の変化の一例を示す図。

本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお本実施形態は、電動車両の一例としての電気自動車１００に関するものとする。

図１は電気自動車１００の構成を示す図である。なお、電気自動車１００は既存の別の電気自動車が備えるのと同様な多数の要素を備えるが、図１においてはそれらの要素のうちの一部の要素のみを示している。

電気自動車１００は、本体１、前輪２、後輪３、モータ４、減速機５、バッテリ６、インバータ７、給電線８、コンタクタ９，１０、ヒューズ１１、サービスプラグ１２、ＥＣＵ（electric control unit）１３および電流センサ１４を含む。

本体１は、車台および車体などを含み、他の各要素を支持するとともに、乗員が搭乗するための空間を形成する。

前輪２は、図１における奥行方向に並ぶ２つを有し、回転自在に本体１に支持されている。

後輪３は、図１における奥行方向に並ぶ２つを有し、回転自在に本体１に支持されている。

前輪２および後輪３は、電気自動車１００の通常の使用状態においてはそれぞれ接地し、本体１を支持するとともに、回転して本体１を移動させる。

モータ４は、インバータ７から供給される交流電力で動作し、出力軸を回転する。

減速機５は、モータ４の出力軸に連結されており、当該出力軸の回転を減速して後輪３に伝達する。

バッテリ６は、多数のバッテリセル６ａが直列に接続されて構成される。バッテリ６は、高電圧の直流電圧を発生する。つまりバッテリ６は、電源手段の一例である。

インバータ７は、バッテリ６が発生する直流電圧を交流電圧に変換する。インバータ７は、交流電圧をモータ４に印加することにより、モータ４に交流電力を供給する。インバータ７は、ＥＣＵ１３の制御の下に、発生する交流電圧の電圧値を変更できる。

給電線８は、バッテリ６が発生する直流電圧をインバータ７に印加する。

コンタクタ９は、バッテリ６の正極と給電線８との間に介挿されている。コンタクタ９は、ＥＣＵ１３の制御の下にバッテリ６の正極と給電線８との電気的接続をオン／オフする。

コンタクタ１０は、バッテリ６の負極と給電線８との間に介挿されている。コンタクタ１０は、ＥＣＵ１３の制御の下にバッテリ６の負極と給電線８との電気的接続をオン／オフする。

かくしてコンタクタ９，１０は、開閉器の一例である。なお、コンタクタ９，１０は、一方を省略することも可能である。また、別種の周知の開閉器をコンタクタ９，１０の双方または一方に代えて用いることもできる。

ヒューズ１１は、２つのバッテリセル６ａの間に介挿されている。ヒューズ１１は、定格以上の過大な電流によって溶断し、バッテリ６からインバータ７への給電を遮断する。

サービスプラグ１２は、２つのバッテリセル６ａの間に介挿されており、メンテナンスや緊急時の安全のために、電気回路を遮断する。

ＥＣＵ１３は、インバータ７およびコンタクタ９，１０などの一部の制御対象要素の動作を制御する。

電流センサ１４は、インバータ７に向かって給電線８を流れる電流の電流値（瞬時値）を検出する。

図２はＥＣＵ１３のブロック図である。なお、図２に示される要素のうちで図１に示されるのと同一の要素には同一の符号を付して示している。

ＥＣＵ１３は、ＣＰＵ（central processing unit）１３ａ、ＲＯＭ（read-only memory）１３ｂ、ＲＡＭ（random-access memory）１３ｃ、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）１３ｄおよびインタフェースユニット１３ｅを含む。そしてこれらの各要素は、バス１３ｆにそれぞれ接続されている。

ＣＰＵ１３ａは、ＲＯＭ１３ｂおよびＲＡＭ１３ｃに記憶されたオペレーティングシステム、ミドルウェアおよびアプリケーションプログラムに基づいて、ＥＣＵ１３の制御対象となる各要素の動作を制御するための情報処理を行う。ＣＰＵ１３ａは、後述する処理を実行することで、算出手段、遮断制御手段、抑制手段および抑制制御手段として機能する。

ＲＯＭ１３ｂは、上記のオペレーティングシステムを記憶する。ＲＯＭ１３ｂは、上記のミドルウェアやアプリケーションプログラムを記憶する場合もある。またＲＯＭ１３ｂは、ＣＰＵ１３ａが各種の処理を行う上で参照するデータを記憶する場合もある。

ＲＡＭ１３ｃは、ＣＰＵ１３ａが各種の処理を行う上で一時的に使用するデータを記憶しておく、いわゆるワークエリアとして利用される。

ＥＥＰＲＯＭ１３ｄは、ＣＰＵ１３ａが各種の処理を行う上で使用するデータや、ＣＰＵ１３ａでの処理によって生成されたデータを保存する。ＥＥＰＲＯＭ１３ｄに記憶されるデータには、履歴情報を含む。履歴情報は、電流センサ１４が検出した瞬時値を時系列に蓄積した情報である。ただし履歴情報は、ＲＡＭ１３ｃが記憶しても良い。

ＲＯＭ１３ｂ、ＲＡＭ１３ｃまたはＥＥＰＲＯＭ１３ｄに記憶されるアプリケーションプログラムには、後述する処理に関して記述した制御プログラムを含む。この制御プログラムがＲＡＭ１３ｃまたはＥＥＰＲＯＭ１３ｄに記憶される場合、ＥＣＵ１３、ＥＣＵ１３を含んだユニット、あるいは電気自動車１００の譲渡は、一般的に上記の制御プログラムがＲＡＭ１３ｃまたはＥＥＰＲＯＭ１３ｄに記憶された状態にて行われる。しかし、ＥＣＵ１３、ＥＣＵ１３を含んだユニット、あるいは電気自動車１００が上記の制御プログラムがＲＡＭ１３ｃまたはＥＥＰＲＯＭ１３ｄに記憶されない状態で譲渡されるとともに、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリなどのようなリムーバブルな記録媒体に記録して、あるいはネットワークを介して上記の制御プログラムが譲渡され、この制御プログラムが上記の別途に譲渡されたＥＣＵ１３、ＥＣＵ１３を含んだユニット、あるいは電気自動車１００のＲＡＭ１３ｃまたはＥＥＰＲＯＭ１３ｄに書き込まれても良い。

インタフェースユニット１３ｅは、ＥＣＵ１３の制御対象となる各要素や各種センサなどを物理的に接続する。すなわちインバータ７、コンタクタ９，１０および電流センサ１４は、インタフェースユニット１３ｅに接続される。インタフェースユニット１３ｅは、接続された各要素とＣＰＵ１３ａとの間でのデータの授受をインタフェースする。具体的にはインタフェースユニット１３ｅは、インバータ７の出力電圧値を指令するコマンドをＣＰＵ１３ａから受けると、このコマンドを伝送するための伝送信号を生成してインバータ７へと送信する。またインタフェースユニット１３ｅは、コンタクタ９またはコンタクタ１０をオンするように指令するコマンドをＣＰＵ１３ａから受けると、コンタクタ９、１０に内蔵された電磁石を動作させるための電流をコンタクタ９またはコンタクタ１０に出力する。またインタフェースユニット１３ｅは、電流センサ１４が出力する瞬時値をディジタル化した上で、ＣＰＵ１３ａに与える。

次に以上のように構成された電気自動車１００の動作について説明する。なお、電気自動車１００は既存の別の電気自動車が備えるのと同様な様々な機能を備えるが、それらの機能に関する動作は既存の別の電気自動車と同様であるので、その詳細な説明は省略する。そして以下においては、給電線８に過電流が生じた場合における保護動作に関して詳細に説明する。

電気自動車１００が走行する際、ＥＣＵ１３はコンタクタ９，１０をオンとしておき、バッテリ６が発生する直流電圧をインバータ７に印加する。インバータ７は、印加された直流電圧を交流電圧に変換し、モータ４へと供給する。これにより、モータ４が回転し、このモータ４の回転力が減速機５で減速された上で後輪３に伝達されることによって後輪３が駆動され、電気自動車１００が走行する。インバータ７は、ＥＣＵ１３の制御の下に、車速などに応じて出力する交流電圧の大きさを変化させる。この際、バッテリ６にとっての負荷が変動することになり、給電線８を流れる電流の大きさが変動する。また、給電線８の破損などの何らかの異常により給電線８がショートした場合にも、給電線８を流れる電流の大きさが変化することがある。

給電線８に流れる電流が過大となった場合には、ヒューズ１１が溶断し、バッテリセル６ａの直列接続を遮断する。これにより、バッテリ６からインバータ７への給電を遮断し、給電線８に過大な電流が流れ続けることを防止する。

ところでヒューズ１１は、電流の瞬時値が定格値を超えた場合に溶断する特性を持つ。ヒューズ１１は、定格値よりも小さな電流が長時間に渡り流れ続ける状況では、溶断に至らない場合がある。

一方で給電線８は、瞬間的な大電流による影響は少ないが、大きな電流が長時間に渡り流れ続ける状況で発煙が生じ易い。

図３はヒューズ１１の溶断特性の一例と給電線８の発煙特性の一例とを示す図である。

実線で表す曲線がヒューズ１１の溶断特性を示す。この溶断特性は、一定の大きさの電流をヒューズ１１に継続的に流した場合にヒューズ１１が溶断するまでの時間を表している。破線で表す曲線が給電線８の発煙特性である。この発煙特性は、一定の大きさの電流を給電線８に継続的に流した場合に給電線８から発煙が生じるまでの時間を表している。

図３に示す例では、溶断特性が発煙特性を上回っている期間が生じており、この期間における溶断特性と発煙特性とにより挟まれた領域（ハッチングで示す領域）は、ヒューズ１１が溶断することなく給電線８からの発煙が生じ得る。つまり、ヒューズ１１の機能により給電線８からの発煙を完全には防止できないことがある。

そこでＣＰＵ１３ａは、図４に示す処理を一定の時間間隔で繰り返し実行する。時間間隔は任意でよいが、例えば１秒間隔とすることが考えられる。

ステップＳａ１においてＣＰＵ１３ａは、電流センサ１４が出力する瞬時値をインタフェースユニット１３ｅを介して取得する。

ステップＳａ２においてＣＰＵ１３ａは、ＥＥＰＲＯＭ１３ｄが記憶している履歴情報を更新する。具体的には、履歴情報に含まれたもっとも古い瞬時値を削除し、ステップＳａ１で取得した瞬時値を履歴情報に新たに含める。なお履歴情報には、図４に示す処理の実行間隔よりも十分に長く定めた監視期間において取得した全ての瞬時値を含める。なお、監視期間の長さは、ヒューズ１１の溶断特性が給電線８の発煙特性を上回るときの時間よりも長く定める。すなわち、ヒューズ１１の溶断特性および給電線８の発煙特性が図３に示すものであるならば、監視期間は時間Ｔ１よりも長く定められる。監視期間は一例としては５００秒間に定める。図４に示す処理の実行間隔が１秒であるとすると、履歴情報に含まれる瞬時値の数は５００である。

ステップＳａ３においてＣＰＵ１３ａは、変数Ｎの値を１とする。

ステップＳａ４においてＣＰＵ１３ａは、第Ｎの演算期間に関する実効値Ｉrms_Nを算出する。演算期間は、それぞれの長さが異なるように、監視期間内にＮ個が予め設定される。

図５は監視期間内における瞬時値の変化の一例と演算期間の一例とを示す図である。

図５の例では、第１乃至第５の演算期間Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を設定している。第１乃至第５の演算期間Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の長さはそれぞれ、１００，２００，３００，４００，５００秒としている。そして第１乃至第５の演算期間Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の終了タイミングは、いずれも監視期間の終了タイミングと一致させている。

なお、監視期間の数、各監視期間の長さ、各監視期間の終了タイミングは、上記の条件を満たす範囲でそれぞれ任意に定められて良い。ただし、各監視期間の終了タイミングは、監視期間の終了タイミングと近いことが好ましい。

さて、本実施形態においては、実効値Ｉrms_Nを次式のように定義する。ただし実効値Ｉrms_Nは、全ての演算期間についてそれぞれ同一の定義の下に求められれば良く、例えば次式に一定の係数を加えるなどの変形実施が可能である。

ただし、Ｔ₁は第Ｎの演算期間の開始タイミングまでの監視期間の開始タイミングからの経過時間である。Ｔ₂は第Ｎの演算期間の終了タイミングまでの監視期間の開始タイミングからの経過時間である。Ｉ_(t)は第Ｎの演算期間中に取得されてＥＥＰＲＯＭ１３ｄに記憶されている瞬時値のそれぞれである。ｄｔは、瞬時値を取得する時間間隔である。

最初にステップＳａ４を実行する際にＣＰＵ１３ａは、第１の演算期間Ｐ１についての実効値Ｉrms_1を算出することになる。そして実効値Ｉrms_1は、第１の演算期間Ｐ１中に取得されてＥＥＰＲＯＭ１３ｄに記憶されている瞬時値の全てを利用して、最近の１００秒間に給電線８を流れた電流の実効値として求められることになる。

こののちにＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ４にて求めた実効値Ｉrms_Nを第１の閾値ＴＨa_N、第２の閾値ＴＨb_Nおよび第３の閾値ＴＨc_Nと比較する。第１乃至第３の閾値は、各演算期間に関連付けてそれぞれ定めておく。つまり、第１乃至第５の演算期間Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に関連付けて、５つの第１の閾値ＴＨa_1，ＴＨa_2，ＴＨa_3，ＴＨa_4，ＴＨa_5、５つの第２の閾値ＴＨb_1，ＴＨb_2，ＴＨb_3，ＴＨb_4，ＴＨb_5および５つの第３の閾値ＴＨc_1，ＴＨc_2，ＴＨc_3，ＴＨc_4，ＴＨc_5をそれぞれ定めておく。

第３の閾値は、給電線８の発煙特性を考慮して定める。一例としては、給電線８が図３に示す発煙特性を持つ場合、１００秒間に渡って瞬時値Ｉiv_1の電流が流れ続けると発煙が生じる恐れがあるので、この場合の実効値を求めて、当該実効値にさらに１よりも小さな係数を乗じることにより求まる値を第３の閾値ＴＨc_1として定める。同様に、２００秒、３００秒、４００秒および５００秒で発煙に至る瞬時値Ｉiv_2，Ｉiv_3，Ｉiv_4，Ｉiv_5に基づいて、第３の閾値ＴＨc_2，ＴＨc_3，ＴＨc_4，ＴＨc_5をそれぞれ定める。かくして、第３の閾値は典型的には、ＴＨc_1＞ＴＨc_2＞ＴＨc_3＞ＴＨc_4＞ＴＨc_5のような関係となる。ただし、これはあくまでも一例であって、第３の閾値は電気自動車１００の設計者などによって任意に定められて良い。

第２の閾値は、同じ演算期間に関連する第３の閾値よりも小さな値として定める。一例としては、第３の閾値に１よりも小さな一定の係数を乗じて求まる値として定める。

第１の閾値は、同じ演算期間に関連する第２の閾値よりも小さな値として定める。一例としては、第２の閾値に１よりも小さな一定の係数を乗じて求まる値として定める。

かくして、第１乃至第３の閾値は、ＴＨa_N＜ＴＨb_N＜ＴＨc_Nのような関係となる。

ステップＳａ５においてＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ４にて求めた実効値Ｉrms_Nが第１の閾値ＴＨa_Nよりも大きいか否かを確認する。そしてここでＮＯと判定したならばＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ６へと進む。

ステップＳａ６においてＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ４にて求めた実効値Ｉrms_Nが予め定めた第２の閾値ＴＨb_Nよりも大きいか否かを確認する。そしてここでＹＥＳと判定したならばＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ７へ進む。

ステップＳａ７においてＣＰＵ１３ａは、抑制モードを設定する。なお、既に抑制モードが設定された状態であるならば、ＣＰＵ１３ａはそのまま抑制モードを継続する。

抑制モードを設定したならば、ＣＰＵ１３ａはステップＳａ８へ進む。これに対して、ステップＳａ６にてＮＯと判定したならばＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ７をパスしてステップＳａ８へ進む。

ステップＳａ８においてＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ４にて求めた実効値Ｉrms_Nが予め定めた第３の閾値ＴＨc_Nよりも大きいか否かを確認する。そしてここでＹＥＳと判定したならばＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ９へ進む。

ステップＳａ９においてＣＰＵ１３ａは、コンタクタ９，１０をオフとする。

コンタクタ９，１０をオフとしたならば、ＣＰＵ１３ａはステップＳａ１０へ進む。これに対してステップＳａ８においてＮＯと判定したならばＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ９をパスしてステップＳａ１０へ進む。

なお、ステップＳａ５でＮＯと判定した場合にＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ１２へ進む。

ステップＳａ１２においてＣＰＵ１３ａは、抑制モードが設定された状態にあるならば、抑制モードを解除する。そしてこののちにＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ１０に進む。

ステップＳａ１０においてＣＰＵ１３ａは、変数Ｎが最大値Ｎmaxに到達しているか否かを確認する。最大値Ｎmaxは、演算期間の数である。つまり第１乃至第５の演算期間Ｐ１〜Ｐ５を設定しているならば、最大値Ｎmaxは５である。そしてここでＮＯと判定したならばＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ１１へ進む。

ステップＳａ１１においてＣＰＵ１３ａは、変数Ｎの値を１つ増加する。そしてこののちにＣＰＵ１３ａは、ステップＳａ４以降の処理を前述と同様にして繰り返す。

そして、ステップＳａ１０においてＹＥＳと判定したならばＣＰＵ１３ａは、図４に示す処理を終了する。

かくしてＣＰＵ１３ａは、第１乃至第５の演算期間Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれについての実効値Ｉrms_1〜Ｉrms_5をそれぞれ求め、かつこれら実効値Ｉrms_1〜Ｉrms_5を同じ演算期間に関連する第１乃至第３の閾値と比較する。

図６は実効値Ｉrms_1の変化と第１乃至第３の閾値ＴＨa_1，ＴＨb_1，ＴＨc_1との一例を示す図である。

図７は実効値Ｉrms_5の変化と第１乃至第３の閾値ＴＨa_5，ＴＨb_5，ＴＨc_5との一例を示す図である。

これら図６および図７を比較して分かるように、実効値Ｉrms_1は、実効値Ｉrms_5に比較して瞬時値の変化が大きく反映される。このため、インバータ７が出力する交流電圧の大きさを短期的に変化させることによりインバータ７へと供給される電流の瞬時値が短期的に変化するような期間ＰＡにおいて、給電線８を流れる電流の瞬時値が短期的に過大となった場合には、実効値Ｉrms_5が第１乃至第３の閾値ＴＨa_5，ＴＨb_5，ＴＨc_5を超えなくとも、実効値Ｉrms_1が第１乃至第３の閾値ＴＨa_1，ＴＨb_1，ＴＨc_1を超えることがある。

一方で、給電線８を連続的に一定の電流が流れる状況においては、実効値Ｉrms_5は実効値Ｉrms_1よりも大幅に上昇する。このため、給電線８がショートした場合などで給電線８を連続的に一定の電流が流れるような期間ＰＢにおいては、実効値Ｉrms_1が第１乃至第３の閾値ＴＨa_1，ＴＨb_1，ＴＨc_1を超えなくとも、実効値Ｉrms_5が第１乃至第３の閾値ＴＨa_5，ＴＨb_5，ＴＨc_5を超えることがある。

なお、実効値Ｉrms_2，Ｉrms_3，Ｉrms_4については、これら実効値Ｉrms_1および実効値Ｉrms_5の特性の中間的な特性を示し、さらに実効値Ｉrms_2は実効値Ｉrms_1の特性により近く、実効値Ｉrms_4は実効値Ｉrms_5により近い特性を示す。

かくして、実効値Ｉrms_1〜Ｉrms_5は、それぞれ異なる過電流の発生状況において第１乃至第３の閾値を超えることになる。そして、実効値Ｉrms_1〜Ｉrms_5のいずれかが第３の閾値ＴＨc_1〜ＴＨc_5を超えたならば、ＣＰＵ１３ａはコンタクタ９，１０をオフとするので、バッテリ６と給電線８とが遮断されることとなり、給電線８に過電流が流れ続けることが防止される。つまり、それぞれ異なる過電流の発生状況のいずれにおいても、給電線８に過電流が流れ続けることを防止できる。

ところで、実効値Ｉrms_1〜Ｉrms_5のいずれかが第３の閾値ＴＨc_1〜ＴＨc_5よりも小さな第２の閾値ＴＨb_1〜ＴＨb_5を超えたならば、ＣＰＵ１３ａは抑制モードを設定する。

抑制モードを設定しているときにＣＰＵ１３ａは、図８に示す期間ＰＣのように、瞬時値が予め定めた抑制値を超えないようにインバータ７が出力する交流電圧の大きさを制限する。

これにより、実効値Ｉrms_1〜Ｉrms_5の上昇が抑えられることになるので、実効値Ｉrms_1〜Ｉrms_5のいずれかが第３の閾値ＴＨc_1〜ＴＨc_5を超えてしまう可能性を低下することができ、インバータ７の動作を止めてしまう状況となる可能性を低減できる。

そして、実効値Ｉrms_1〜Ｉrms_5のいずれかが第２の閾値ＴＨb_1〜ＴＨb_5よりも小さな第１の閾値ＴＨa_1〜ＴＨa_5以下まで低下したならば、抑制モードは解除され、通常の動作状態に戻る。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

５つの期間Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５のそれぞれについての積算値Ｉint1，Ｉint2，Ｉint3，Ｉint4，Ｉint5をＥＥＰＲＯＭ１３ｄに記憶しておき、これらの積算値から実効値Ｉrms_1〜Ｉrms_5を算出しても良い。例えば、期間Ｐ１５をＸ（１〜１００までの範囲で変化）秒から１秒前までの可変長の期間、期間Ｐ１４を１００＋Ｘ秒前から１＋Ｘ秒前までの１００秒間、期間Ｐ１３を２００＋Ｘ秒前から１０１＋Ｘ秒前までの１００秒間、期間Ｐ１２を３００＋Ｘ秒前から２０１＋Ｘ秒前までの１００秒間、期間Ｐ１１を４００＋Ｘ秒前から３０１＋Ｘ秒前までの１００秒間とする。そして実効値Ｉrms_5を４００＋Ｘ秒前〜現在までの実効値とし、Ｔ２＝（４００＋Ｘ）、Ｔ１＝０で∫［Ｉ(t)］²ｄｔ＝（Ｉint1＋Ｉint2＋Ｉint3＋Ｉint4＋Ｉnt5）とし、Ｉrms5＝√［（Ｉint1＋Ｉint2＋Ｉint3＋Ｉint4＋Ｉint5）／（４００＋Ｘ）］として求める。同様に実効値Ｉ_rms4を３００＋Ｘ秒前〜現在までの実効値とし、Ｉ_rms4＝√［（Ｉint2＋Ｉint3＋Ｉint4＋Ｉint5）／（３００＋Ｘ）］として、実効値Ｉ_rms3を２００＋Ｘ秒前〜現在までの実効値とし、Ｉ_rms3＝√［（Ｉint3＋Ｉint4＋Ｉint5）／（２００＋Ｘ）］として、実効値Ｉ_rms2を１００＋Ｘ秒前〜現在までの実効値とし、Ｉ_rms2＝√［（Ｉint4＋Ｉint5）／（１００＋Ｘ）］として、実効値Ｉ_rms1をＸ秒前〜現在までの実効値とし、Ｉ_rms1＝√（Ｉint5／Ｘ）としてそれぞれ求める。なお、Ｘが１００になったら，Ｉint1＝Ｉint2，Ｉint2＝Ｉint3，Ｉint3＝Ｉint4，Ｉint4＝Ｉint5をそれぞれ代入し、Ｉint5は１からカウントを始める。このようにすれば、前記実施形態では５００個の瞬時値をＥＥＰＲＯＭ１３ｄが記憶する必要があるのに対して、５個の積算値をＥＥＰＲＯＭ１３ｄが記憶すれば良いのであり、ＥＥＰＲＯＭ１３ｄの使用領域を大幅に縮小できる。また、実効値Ｉrms_5の算出のためには、前記実施形態では５００個の瞬時値を用いた演算を行う必要があるのに対して、５個の積算値を用いた演算を行えば良いのであり、ＣＰＵ１３ａの演算負荷を大幅に軽減できる。なお、積算値Ｉint1，Ｉint2，Ｉint3，Ｉint4，Ｉint5は、ＲＡＭ１３ｃに記憶しても良い。

電気自動車１００が走行していないときにＣＰＵ１３ａが、インバータ７の動作を完全に停止させた状態で電流センサ１４から瞬時値を取得することにより、この瞬時値から短絡電流を推定することができる。そしてＣＰＵ１３ａが、推定した短絡電流を考慮して、その後に過負荷とならないようにインバータ７の出力電圧を抑制することもできる。なお、エアーコンディショナ（ＡＣ）やＤＣ／ＤＣコンバータなどのようなインバータ７以外の負荷がバッテリ６に接続される場合には、短絡電流の推定の際には、これらの負荷も停止させる。

電源手段は、エンジンの回転力により発電する発電機であっても良い。

電気負荷は、インバータ７には限らず、モータ、エアーコンディショニング装置、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータなどのような様々な電気的要素のいずれであっても良い。

ハイブリッド自動車、電動二輪車、あるいは電動アシスト自転車などの他の種類の電動車両にも本発明を適用可能である。

コンタクタ９およびコンタクタ１０の少なくとも一方と、電流センサ１４と、ＥＣＵ１３とを少なくとも含んで本体１から取り外し可能としたモジュールとして構成することにより、電動車両から独立した保護回路として実現することもできる。なお、このような保護回路は、電動車両以外の電気装置において使用することも可能である。

ヒューズ１１は省略しても良い。

抑制モードの設定／解除は省略しても良い。

この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（１）電源手段から電気負荷へと給電する給電線における電流の電流値を検出する電流センサと、前記給電線に流れる電流を遮断または接続する開閉器と、それぞれ長さが異なる複数の演算期間について、各演算期間内で前記電流センサが検出した複数の前記電流値に基づいて前記電流の実効値を算出する算出手段と、複数の前記演算期間に関して前記算出手段がそれぞれ算出した複数の前記実効値のいずれかが、複数の前記演算期間に対応してそれぞれ予め定められた複数の遮断閾値のうちの同じ演算期間に対応する前記遮断閾値を超えたことに応じて前記給電を遮断するように前記開閉器を開とする遮断制御手段とを具備する保護回路。
（２）前記算出手段は、複数の前記演算期間の終了時点をいずれも同一時点とする（１）に記載の保護回路。
（３）前記算出手段は、複数の前記演算期間のうちの少なくとも１つの長さを、前記実効値と前記電流の継続時間との関数として表され、前記電源手段から前記電気負荷への給電経路中に介挿されたヒューズの溶断を示す溶断曲線と、前記実効値と前記継続時間との関数として表され、前記給電線の発煙を示す発煙曲線とが交差する点を表す前記継続時間以下とする（１）または（２）に記載の保護回路。
（４）前記電源手段から前記電気負荷への給電量を抑制する抑制手段と、前記複数の前記演算期間に関して前記算出手段がそれぞれ算出した複数の前記実効値のいずれかが、複数の前記演算期間に関してそれぞれ同じ演算期間に対応する前記遮断閾値よりも小さな値として予め定められた複数の抑制閾値のうちの前記同じ演算期間に関する前記抑制閾値を超えたことに応じて前記給電量を抑制するように前記抑制手段を制御する抑制制御手段をさらに具備する（１）から（３）のいずれか一項に記載の保護回路。
（５）前記抑制制御手段は、前記複数の前記演算期間に関して前記算出手段がそれぞれ算出した複数の前記実効値のいずれかが、複数の前記演算期間に対応した同じ演算期間に関する前記抑制閾値よりも小さな値として予め定められた複数の復帰閾値のうちの前記同じ演算期間に関する前記復帰閾値を下回ったことに応じて前記給電量の抑制を解除するように前記抑制手段を制御する（４）に記載の保護回路。

１…本体、２…前輪、３…後輪、４…モータ、５…減速機、６…バッテリ、６ａ…バッテリセル、７…インバータ、８…給電線、９，１０…コンタクタ、１１…ヒューズ、１２…サービスプラグ、１３…ＥＣＵ、１３ａ…ＣＰＵ、１３ｂ…ＲＯＭ、１３ｃ…ＲＡＭ、１３ｄ…ＥＥＰＲＯＭ、１３ｅ…インタフェースユニット、１３ｆ…バス、１４…電流センサ、１００…電気自動車。

Claims

電源手段から電気負荷へと給電する給電線における電流の電流値を検出する電流センサと、
前記給電線に流れる電流を遮断または接続する開閉器と、
それぞれ長さが異なる複数の演算期間について、各演算期間内で前記電流センサが検出した複数の前記電流値に基づいて前記電流の実効値を算出する算出手段と、
複数の前記演算期間に関して前記算出手段がそれぞれ算出した複数の前記実効値のいずれかが、複数の前記演算期間に対応してそれぞれ予め定められた複数の遮断閾値のうちの同じ演算期間に対応する前記遮断閾値を超えたことに応じて前記給電を遮断するように前記開閉器を開とする遮断制御手段とを具備する保護回路。
前記算出手段は、複数の前記演算期間の終了時点をいずれも同一時点とする請求項１に記載の保護回路。
前記算出手段は、複数の前記演算期間のうちの少なくとも１つの長さを、電流の瞬時値と前記電流の継続時間との関数として表され、前記電源手段から前記電気負荷への給電経路中に介挿されたヒューズの溶断を示す溶断曲線と、前記実効値と前記継続時間との関数として表され、前記給電線の発煙を示す発煙曲線とが交差する点を表す前記継続時間よりも長くする請求項１または請求項２に記載の保護回路。
前記電源手段から前記電気負荷への給電量を抑制する抑制手段と、
前記複数の前記演算期間に関して前記算出手段がそれぞれ算出した複数の前記実効値のいずれかが、複数の前記演算期間に関してそれぞれ同じ演算期間に対応する前記遮断閾値よりも小さな値として予め定められた複数の抑制閾値のうちの前記同じ演算期間に関する前記抑制閾値を超えたことに応じて前記給電量を抑制するように前記抑制手段を制御する抑制制御手段をさらに具備する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の保護回路。
前記抑制制御手段は、前記複数の前記演算期間に関して前記算出手段がそれぞれ算出した複数の前記実効値のいずれかが、複数の前記演算期間に対応した同じ演算期間に関する前記抑制閾値よりも小さな値として予め定められた複数の復帰閾値のうちの前記同じ演算期間に関する前記復帰閾値を下回ったことに応じて前記給電量の抑制を解除するように前記抑制手段を制御する請求項４に記載の保護回路。
前記それぞれ長さが異なる複数の演算期間は、比較的大きな過大電流が急激に生じる第１の場合と、比較的小さな過大電流が長時間に渡って継続的に生じる第２の場合とのいずれの場合を含む監視期間内に設定され、前記複数の演算期間の少なくとも１つは前記第１場合と前記第２の場合とを含むように設定される請求項１に記載の保護回路。