JP6314845B2 - 電気接続箱 - Google Patents

Description

本発明は、電気接続箱に関する。

従来、車両には、バッテリと各種負荷との間に配設された電気接続箱を備える。電気接続箱には、過電流が流れたときに溶断して負荷を保護するヒューズが配設されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１０−９４１５６号公報

ところで、上記のヒューズは、経年変化による劣化等により断線する。断線したヒューズは、ユーザ等の作業者により、新たなヒューズと交換される。つまり、ヒューズは、ユーザなど様々な人が触ることが容易である。このため、正規のヒューズと電気容量が異なるヒューズが装着されることがある。このような場合、負荷を保護することができなくなり、信頼性の低下をまねくおそれがある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、信頼性の低下を抑制することにある。

上記課題を解決する電気接続箱は、ヒューズが装着される第１接続端子と第２接続端子との間に接続された開閉器と、前記ヒューズの初期状態における基準抵抗値と前記ヒューズの経年変化における変化量とを記憶する記憶部を有し、前記第１接続端子第１端子電圧と前記第２接続端子における第２端子電圧とを検出し、前記開閉器を開閉制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、制御信号に基づいて始動時に、前記開閉器を開路し、前記第１端子電圧と前記第２端子電圧に基づいて前記ヒューズの抵抗値を算出し、前記基準抵抗値と前記変化量とに基づいて算出した参照抵抗値と、算出した前記ヒューズの抵抗値とを比較し、前記ヒューズの正誤を判定し、判定結果に基づいて、前記ヒューズが誤りであると判定した場合に第１のエラー信号を出力する。

この構成によれば、第１接続端子と第２接続端子とに接続されるヒューズの抵抗値は、その電気容量と経年特性とに基づく値となる。装着されたヒューズの抵抗値は、第１接続端子の第１端子電圧と第２接続端子の第２端子電圧との間の差に基づいて検出される。したがって、始動時に、第１端子電圧と第２端子電圧とに基づいて算出したヒューズの抵抗値と、基準抵抗値と変化量に基づいて算出した参照抵抗値とを比較することで、正規のヒューズが装着されているか否かが判定される。そして、誤った電気容量のヒューズが装着されていると判定した場合に第１のエラー信号を出力することで、ヒューズの容量間違いを通知することが可能となる。

上記の電気接続箱において、前記制御回路は、前記参照抵抗値と、算出した前記ヒューズの抵抗値とを比較し、前記ヒューズの劣化を判定し、判定結果に応じて第２のエラー信号を出力することが好ましい。

この構成によれば、経年変化によりヒューズが劣化した場合に第２のエラー信号を出力することで、ヒューズの劣化を通知することが可能となる。
上記の電気接続箱において、前記制御回路は、前記第１端子電圧と前記第２端子電圧とに基づいて前記ヒューズの状態を判定し、前記ヒューズが断線していると判定した場合に第３のエラー信号を出力し、前記開閉器を閉路することが好ましい。

この構成によれば、ヒューズの断線を判定した場合に第３のエラー信号を出力することで、ヒューズの断線を通知することが可能となる。そして、ヒューズに並列に接続された開閉器を閉路することで、ヒューズに接続される負荷の稼動を可能とすることができる。

上記の電気接続箱において、前記制御回路は、前記ヒューズが断線していないと判定した場合に前記開閉器を閉路した後、前記第１端子電圧と前記第２端子電圧とに基づいて前記ヒューズの状態を監視し、前記ヒューズに流れる過電流を検出した場合に、前記開閉器を開路して前記過電流により前記ヒューズを溶断した後、第４のエラー信号を出力することが好ましい。

この構成によれば、過電流を検出した場合にヒューズに並列接続された開閉器を開路することで、過電流の全てがヒューズに流れる。これにより、ヒューズが溶断され、負荷が過電流から保護される。そして、出力される第４のエラー信号により、溶断したヒューズを容易に特定することが可能となる。

上記の電気接続箱は、前記ヒューズと電源との間の配線における電流を検出する電流検出部を有し、前記制御回路は、前記電流検出部により検出した電流値と前記第１端子電圧及び前記第２端子電圧に基づいて前記ヒューズの状態を判定することが好ましい。

この構成によれば、電流検出部によりヒューズに流れる電流をより精度良く検出することが可能となる。

本発明の電気接続箱によれば、信頼性の低下を抑制することができる。

一実施形態の電源装置の概略構成図である。 一実施形態の電気接続箱の概略構成図である。 （ａ）〜（ｄ）は、一実施形態の電気接続箱の動作説明図である。 別の電気接続箱の概略構成図である。

以下、一実施形態を説明する。
図１に示すように、バッテリ（ＢＡＴ）１１（電源）の電力は、ヒューズボックス（電気接続箱）１２，１３を介して複数（図では４つ）の負荷１４〜１７に供給される。

ヒューズボックス１２は、たとえば供給系統に応じた２つのヒューズ２１，２２を備えている。ヒューズ２１，２２は、たとえばヒューズボックス１２に配設された接続端子（図示略）により着脱可能である。ヒューズ２１はたとえばＩＧ（Ignition）系の負荷１４，１５に対応する。ヒューズ２２は、たとえばＡＣＣ（Accessory）系の負荷１６，１７に対応する。バッテリ１１の電力は、ヒューズボックス１２内で、電力系統に応じて分岐され、各ヒューズ２１，２２を介して出力される。

ヒューズボックス１３は、複数（図では４つ）のヒューズ３１〜３４を備えている。各ヒューズ３１〜３４は、たとえばヒューズボックス１３に配設された接続端子（図示略）により着脱可能である。ヒューズ２１を介して供給される電力は、ヒューズボックス１３内で分岐され、各ヒューズ３１，３２を介して負荷１４，１５に供給される。また、ヒューズ２２を介して供給される電力は、ヒューズボックス１３内で分岐され、各ヒューズ３３，３４を介して負荷１６，１７に供給される。

負荷１４は、エンジンの点火装置、ブレーキ装置、パワーステアリング装置等の駆動装置とそれらを制御する制御装置（たとえばＥＣＵ）等のように、車両の走行に必要な電気負荷である。負荷１４は、空調装置等の電気負荷である。負荷１６，１７は、たとえばラジオ等のオーディオ装置、メータ等の表示部、等の電気負荷である。

図２に示すように、ヒューズボックス１３には、ヒューズ３１に対応する制御回路４１、開閉器としてのトランジスタＴ１、電流検出部としての抵抗Ｒ１及び演算増幅器（オペアンプ）４２を有している。なお、図２に示すヒューズボックス１３は、概略を示すものであり、電流制限や分圧、プルアップ・ダウン等のための部材（抵抗等）は省略されている。

配線５１は、図１に示すバッテリ１１からの電力を伝達する。この配線５１は、抵抗Ｒ１の第１端子に接続され、抵抗Ｒ１の第２端子は配線５２を介して接続端子５３に接続されている。接続端子５３，５４にはヒューズ３１が実装される。接続端子５４は、配線５５を介して図１に示す負荷１４に接続されている。

トランジスタＴ１はたとえば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）である。トランジスタＴ１は、ヒューズ３１に対して並列に接続されている。すなわち、トランジスタＴ１の第１端子（たとえばソース端子）は接続端子５３に接続され、トランジスタＴ１の第２端子（たとえばドレイン端子）は接続端子５４に接続されている。トランジスタＴ１の制御端子（ゲート端子）は制御回路４１に接続され、その制御回路４１から制御信号Ｓ１が供給される。トランジスタＴ１は、制御信号Ｓ１に応答してオンオフする。

制御回路４１は、接続端子５３，５４に接続されている。制御回路４１は、接続端子５３，５４における端子電圧Ｖ１，Ｖ２を入力する。制御回路４１は、端子電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、ヒューズ３１の状態を判定する。そして、制御回路４１は、ヒューズ３１の状態に応じて制御信号Ｓ１を生成し、トランジスタＴ１を制御する。

オペアンプ４２の２つの入力端子は、抵抗Ｒ１の両端子に接続されている。オペアンプ４２は、抵抗Ｒ１の両端子の電圧Ｖ０，Ｖ１の差に応じた検出信号Ｖｃを出力する。抵抗Ｒ１はシャント抵抗であり、抵抗Ｒ１に流れる電流、つまりヒューズ３１に流れる電流の量を検出するために設けられる。オペアンプ４２は、抵抗Ｒ１の両端子における電圧差を増幅した電圧の検出信号Ｖｃを出力する。

制御回路４１はたとえばＡＤ（アナログ−デジタル）変換回路等の周辺回路と中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含むマイクロコンピュータである。制御回路４１には、制御信号Ｓｃが供給される。制御信号Ｓｃは、ＩＧスイッチ等の始動スイッチの操作に応じたＩＧ信号，ＡＣＣ信号を含む。制御回路４１は、ヒューズ３１が装着される接続端子５３，５４の電圧をＡＤ変換したデジタル値（端子電圧値）を得る。また、制御回路４１は、オペアンプ４２の検出信号ＶｃをＡＤ変換したデジタル値（電流値Ｉｆ）を得る。そして、制御回路４１は、端子電圧Ｖ１，Ｖ２の値、電流値Ｉｆ、制御信号Ｓｃに基づいて、トランジスタＴ１の制御端子に供給する制御信号Ｓ１を生成する。なお、以下の説明において、端子電圧Ｖ１，Ｖ２の値を、単に端子電圧Ｖ１，Ｖ２として説明することがある。

制御回路４１は、ヒューズ３１の状態を判定する。そして、制御回路４１は、ヒューズ３１の状態に基づいてトランジスタＴ１を制御する。また、制御回路４１は、ヒューズ３１の状態に基づいてエラー信号Ｅ１〜Ｅ４を出力する。

図３（ａ）〜図３（ｄ）にしたがって制御回路４１の処理に基づく作用を説明する。なお、図３（ａ）〜図３（ｄ）において、部材に対する符号を適宜省略することがある。
［始動時］
図３（ａ）に示すように、制御回路４１は、制御信号Ｓｃに基づいて、車両の始動時に、トランジスタＴ１をオフする。そして、制御回路４１はヒューズ３１の状態を検出する。制御回路４１は、両端子電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、ヒューズ３１が断線しているか否かを判定する。ヒューズ３１が断線していない場合、そのヒューズ３１の抵抗値に応じて、両端子電圧Ｖ１，Ｖ２に電位差が生じる。制御回路４１のメモリ４１ａには、ヒューズ３１の特性値が記憶されている。メモリ４１ａに記憶した特性値は、出荷時におけるヒューズ３１の抵抗値（基準抵抗値）、経年変化特性による抵抗値の変化量、を含む。ヒューズは、たとえば、通電による発熱によって膨張し、停車後の温度低下により収縮する。ヒューズは、このような膨張と収縮の繰り返しにより可塑変形し、抵抗値が上昇する。

制御回路４１は、経過時間（たとえば、出荷時からの経過時間）を計測する。制御回路４１は、電流値と電位差に基づいて、ヒューズ３１の抵抗値（判定抵抗値）を算出する。また、制御回路４１は、メモリ４１ａに記憶した基準抵抗値と変化量と、経過時間とに基づいて、判定のための抵抗値（参照抵抗値）を算出する。そして、制御回路４１は、参照抵抗値と判定抵抗値とを比較し、ヒューズ３１の状態を判定する。

判定抵抗値と参照抵抗値との差が大きい、たとえば、正規なヒューズ３１における抵抗値のばらつきに応じて設定された許容範囲より大きい場合、制御回路４１は、装着されたヒューズの電気容量が正規品と異なる、つまりヒューズの誤挿入（容量間違い）と判定する。そして、制御回路４１は、誤挿入である旨のエラー信号Ｅ１を出力する。このエラー信号Ｅ１に基づいて警告を発する。警告は、例えばインストルメントパネルにおける警告表示または警告ランプの点灯である。たとえば、エラー信号Ｅ１を受け取る装置（たとえば、インストルメントパネルを制御する制御装置（ＥＣＵ））は、ヒューズの誤挿入を表示する。

また、制御回路４１は、判定抵抗値と参照抵抗値との差が小さい、たとえば判定抵抗値が許容範囲内である場合、ヒューズ３１が劣化していると判定する。そして、制御回路４１は、ヒューズ３１の劣化を示す旨のエラー信号Ｅ２を出力する。このエラー信号Ｅ２を受け取る装置は、劣化をユーザ等に通知する旨の表示（たとえば、「ヒューズが劣化しています」等）を行う。

［正常時］
図３（ｂ）に示すように、ヒューズ３１を正常と判定した場合、制御回路４１は、トランジスタＴ１をオンする。これにより、図１に示す負荷１４には、図３（ｂ）に示すヒューズ３１とオンしたトランジスタＴ１を介して電力が供給される。そして、制御回路４１は、検出信号Ｖｃによる電流値Ｉｆと端子電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、ヒューズ３１を監視する。

［断線時］
図３（ｃ）に示すように、始動時の判定においてヒューズ３１が断線している場合、所定レベル（たとえばＨレベル）のエラー信号Ｅ３を出力する。このエラー信号Ｅ３を受け取る装置は、ヒューズ３１の断線を表示する。また、制御回路４１は、ヒューズ３１の断線判定に基づいて、メモリ４１ａのフラグ（断線フラグ）をセットする。そして、制御回路４１は、制御信号Ｓ１によりトランジスタＴ１をオンする。すると、オンしたトランジスタＴ１を介して図１に示す負荷１４に電力が供給される。これにより、制御回路４１は、ディーラ等までの車両の走行を可能とする。このように、ディーラ等により、断線したヒューズ３１を新たなヒューズに速やかに交換することができる。

制御回路４１は、始動時に、ヒューズ３１の断線を判定する。そして、制御回路４１は、ヒューズ３１が正常であると判定すると、セットされた断線フラグに基づいて、このヒューズ３１に対する経過時間をリセットする。これにより、交換後のヒューズ３１における経過時間の計測が可能となる。また、制御回路４１は、断線フラグをクリアする。

なお、エンジンの始動後にヒューズ３１が断線した場合、トランジスタＴ１がオンしているため、図１に示す負荷１４への電力供給が継続される。そして、停車によるエンジンの停止し、再始動したとき、上記したように、制御回路４１はヒューズ３１の断線を判定し、その旨を示すエラー信号Ｅ３を出力する。

［過電流検出時］
図３（ｄ）に示すように、過電流Ｉｅが流れる。制御回路４１は、検出信号Ｖｃによる電流値Ｉｆと、メモリ４１ａに記憶したしきい値とを比較する。しきい値は、ヒューズ３１を介して電力供給される負荷１４（図１参照）における電流量の最大値（最大電流）に基づいて設定される。

制御回路４１は、検出した電流値Ｉｆがしきい値より小さい場合、ヒューズ３１に流れる電流が正常な範囲であると判定する。
一方、制御回路４１は、検出した電流値がしきい値以上のとき、ヒューズ３１に過電流Ｉｅが流れていると判定する。過電流の場合、制御回路４１は、制御信号Ｓｃに基づいてトランジスタＴ１をオフする。すると、ヒューズ３１は、過電流Ｉｅにより溶断する。このように、制御回路４１が過電流Ｉｅを検出してトランジスタＴ１をオフすることでヒューズ３１が溶断し、負荷１４（図１参照）を保護する。

そして、制御回路４１は、過電流Ｉｅである旨のエラー信号Ｅ４を出力する。このエラー信号Ｅ４を受け取る装置は、ヒューズ３１の溶断を表示する。これにより、溶断したヒューズをユーザ等が容易に把握することが可能となる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ヒューズボックス１３の制御回路４１は、ヒューズ３１の初期状態における基準抵抗値とヒューズ３１の経年変化特性における変化量とを記憶するメモリ４１ａを有している。制御回路４１は、第１接続端子５３における第１端子電圧Ｖ１と第２接続端子５４における第２端子電圧Ｖ２とを検出し、トランジスタＴ１を開閉制御する。

制御回路４１は、制御信号Ｓｃに基づいて始動時に、トランジスタＴ１をオフし、第１端子電圧Ｖ１と第２端子電圧Ｖ２に基づいてヒューズ３１の抵抗値を算出する。制御回路４１は、基準抵抗値と変化量とに基づいて算出した参照抵抗値と、算出したヒューズ３１の抵抗値とを比較し、ヒューズ３１の正誤を判定する。そして、制御回路４１は、判定結果に基づいて、ヒューズ３１が誤りであると判定した場合に第１のエラー信号Ｅ１を出力する。

第１接続端子５３と第２接続端子５４とに接続されるヒューズ３１の抵抗値は、その電気容量と経年特性とに基づく値となる。装着されたヒューズ３１の抵抗値は、第１接続端子５３の第１端子電圧Ｖ１と第２接続端子５４の第２端子電圧Ｖ２との間の差に基づいて検出される。したがって、始動時に、第１端子電圧Ｖ１と第２端子電圧Ｖ２とに基づいて算出したヒューズ３１の抵抗値と、基準抵抗値と変化量に基づいて算出した参照抵抗値とを比較することで、正規のヒューズ３１が装着されているか否かが判定される。そして、誤った電気容量のヒューズ３１が装着されていると判定した場合に第１のエラー信号Ｅ１を出力することで、ヒューズ３１の容量間違いを通知することができる。

（２）制御回路４１は、参照抵抗値と、算出したヒューズ３１の抵抗値とを比較し、ヒューズ３１の劣化を判定し、判定結果に応じて第２のエラー信号Ｅ２を出力する。このように、経年変化によりヒューズ３１が劣化した場合に第２のエラー信号Ｅ２を出力することで、ヒューズ３１の劣化を通知することができる。

（３）制御回路４１は、第１端子電圧Ｖ１と第２端子電圧Ｖ２とに基づいてヒューズ３１の状態を判定し、ヒューズ３１が断線していると判定した場合に第３のエラー信号Ｅ３を出力し、トランジスタＴ１をオンする。このように、ヒューズ３１の断線を判定した場合に第３のエラー信号Ｅ３を出力することで、ヒューズ３１の断線を通知することが可能となる。そして、ヒューズ３１に並列に接続されたトランジスタＴ１をオンすることで、ヒューズ３１に接続される負荷の稼動を可能とすることができる。

（４）制御回路４１は、ヒューズ３１が断線していないと判定した場合にトランジスタＴ１をオンした後、第１端子電圧Ｖ１と第２端子電圧Ｖ２とに基づいてヒューズ３１の状態を監視し、ヒューズ３１に流れる過電流Ｉｅを検出した場合に、トランジスタＴ１をオフして過電流によりヒューズ３１を溶断した後、第４のエラー信号Ｅ４を出力する。このように、過電流Ｉｅを検出した場合にヒューズ３１に並列接続されたトランジスタＴ１をオフすることで、過電流の全てがヒューズ３１に流れる。これにより、ヒューズ３１が溶断され、負荷が過電流から保護される。そして、出力される第４のエラー信号により、溶断したヒューズ３１を容易に特定することが可能となる。

（５）ヒューズボックス１３は、ヒューズ３１と電源との間の配線における電流を検出する電流検出部を有し、制御回路４１は、電流検出部により検出した電流値と第１端子電圧Ｖ１及び第２端子電圧Ｖ２に基づいてヒューズ３１の状態を判定する。この結果、電流検出部によりヒューズ３１に流れる電流をより精度良く検出することができる。

尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記形態では、図２に示す抵抗Ｒ１とオペアンプ４２とにより、ヒューズ３１に流れる電流を検出したが、検出方法は上記構成に限定されない。たとえば、図４に示すヒューズボックス１３ａは、接続端子５３に接続される配線５６に流れる電流を検出する電流センサ４３を有している。この電流センサ４３を用いてヒューズ３１に流れる電流を検出してもよい。電流センサ４３は、たとえばホール素子である。

・上記各形態では、ヒューズ３１における電流値Ｉｆと、ヒューズ３１の両端子における端子電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて各種の判定を行った。
これに対し、端子電圧Ｖ１，Ｖ２により各種の判定を行ってもよい。たとえば、端子電圧Ｖ１，Ｖ２の電位差によりヒューズ３１の断線の有無を判定する。

また、始動時毎において、図１に示す負荷１４に流れる電流量は、ほぼ一定である。このため、ヒューズ３１の両端子の電位差はそのヒューズ３１の抵抗値に対応（比例）する。このため、出荷時において、両端子における端子電圧Ｖ１，Ｖ２の差電圧を基準抵抗値として、制御回路４１のメモリ４１ａに記憶する。また、ヒューズ３１の経年変化特性に応じた差電圧を変化量としてメモリ４１ａに記憶する。そして、始動時における端子電圧Ｖ１，Ｖ２の差電圧を、基準抵抗値と変化量とに基づいて算出した参照値とを比較し、比較結果に応じて、装着されたヒューズの状態（正誤、劣化、断線、過電流）を判定する。そして、制御回路４１は、判定結果に基づいてエラー信号Ｅ１〜Ｅ４を出力する。

このような判定を行うことにより、電流を検出するための部材（図１に示す抵抗Ｒ１とオペアンプ４２）を省略することが可能となる。これにより、ヒューズボックス（電気接続箱）にかかるコストを抑制することができる。

・上記各形態において、開閉器としてのトランジスタＴ１を電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）としたが、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体スイッチを用いてもよい。また、開閉器として、リレー（たとえば電磁リレー）等の機械式スイッチを用いてもよい。

・上記各形態は、ヒューズボックス１３に含まれるヒューズ３１に対する制御回路４１等を示したが、他のヒューズ３２〜３４についても、同様の回路を備えるようにしてもよい。

１３…ヒューズボックス（電気接続箱）、１４…負荷、３１…ヒューズ、Ｔ１…トランジスタ（開閉器）、４１…制御回路、Ｒ１…抵抗（電流検出部）、４２…演算増幅器（オペアンプ、電流検出部）、５３，５４…接続端子、Ｖ１，Ｖ２…端子電圧、Ｓｃ…制御信号、ＥＲ１〜ＥＲ４…エラー信号。

Claims (5)

1. ヒューズが装着される第１接続端子と第２接続端子との間に接続された開閉器と、
   前記ヒューズの初期状態における基準抵抗値と前記ヒューズの経年変化における変化量とを記憶する記憶部を有し、前記第１接続端子における第１端子電圧と前記第２接続端子における第２端子電圧とを検出し、前記開閉器を開閉制御する制御回路と、
   を有し、
   前記制御回路は、制御信号に基づいて始動時に、前記開閉器を開路し、前記第１端子電圧と前記第２端子電圧に基づいて前記ヒューズの抵抗値を算出し、前記基準抵抗値と前記変化量とに基づいて算出した参照抵抗値と、算出した前記ヒューズの抵抗値とを比較し、前記ヒューズの正誤を判定し、判定結果に基づいて、前記ヒューズが誤りであると判定した場合に第１のエラー信号を出力すること、
   を特徴とする電気接続箱。
2. 請求項１に記載の電気接続箱において、
   前記制御回路は、前記参照抵抗値と、算出した前記ヒューズの抵抗値とを比較し、前記ヒューズの劣化を判定し、判定結果に応じて第２のエラー信号を出力すること、
   を特徴とする電気接続箱。
3. 請求項１または２に記載の電気接続箱において、
   前記制御回路は、前記第１端子電圧と前記第２端子電圧とに基づいて前記ヒューズの状態を判定し、前記ヒューズが断線していると判定した場合に第３のエラー信号を出力し、前記開閉器を閉路すること、
   を特徴とする電気接続箱。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気接続箱において、
   前記制御回路は、前記ヒューズが断線していないと判定した場合に前記開閉器を閉路した後、前記第１端子電圧と前記第２端子電圧とに基づいて前記ヒューズの状態を監視し、前記ヒューズに流れる過電流を検出した場合に、前記開閉器を開路して前記過電流により前記ヒューズを溶断した後、第４のエラー信号を出力すること、
   を特徴とする電気接続箱。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気接続箱において、
   前記ヒューズと電源との間の配線における電流を検出する電流検出部を有し、
   前記制御回路は、前記電流検出部により検出した電流値と前記第１端子電圧及び前記第２端子電圧に基づいて前記ヒューズの状態を判定すること、
   を特徴とする電気接続箱。