JP6790350B2 - 給電制御装置 - Google Patents
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Description
更に、平滑回路のボルテージフォロワー回路には、抵抗回路の両端間の電圧が入力される。ボルテージフォロワー回路は、入力された電圧をそのまま出力する。平滑回路では、ボルテージフォロワー回路が出力した電圧が平滑される。
ΔTw=ΔTp×exp(−Δt/τr)
+A×Rw×Vs2 ×(1−exp(−Δt/τr))/D
Rw=Ro×(1+κ×(Ta+ΔTp−To))
但し、Δt:前記温度差算出部が行う算出の時間間隔
Ro:所定温度Toにおける電線抵抗値
τr:前記電線の電線放熱時定数
κ:前記電線の電線抵抗温度係数
A:定数
本発明に係る給電制御装置は、電線の中途に設けられたスイッチをオン又はオフに切替えるスイッチ制御部を備え、該スイッチ制御部が行う切替えによって前記電線を介した給電を制御する給電制御装置において、該電線を流れる電流に応じた電流を出力する電流出力回路と、該電流出力回路が出力した電流が流れる抵抗回路と、該抵抗回路の両端間の電圧を平滑する平滑回路と、該平滑回路が平滑した電圧値に基づいて前記電線の電線温度を算出する温度算出部と、該電線の周囲温度を検出する温度検出部とを備え、前記抵抗回路は、第1抵抗と、該第1抵抗に並列に接続される第2抵抗及びキャパシタの直列回路とを有し、前記スイッチ制御部は、前記抵抗回路の両端間の両端電圧値が予め設定されている電圧値以上である場合に前記スイッチをオフに切替え、前記スイッチ制御部は、前記温度算出部が算出した電線温度が所定温度以上である場合に前記スイッチをオフに切替え、前記温度算出部は、前記電線温度と、前記温度検出部が検出した周囲温度との温度差を時系列的に算出する温度差算出部を有し、該温度差算出部が算出した温度差に、前記温度検出部が検出した周囲温度を加算することによって前記電線温度を算出し、前記スイッチ制御部は、前記スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返し、前記温度差算出部は、前記平滑回路が平滑した電圧値Vsと、前記温度検出部が検出した周囲温度Taと、前記スイッチのオン及びオフへの切替えに係るデューティDと、前回算出した先行温度差ΔTpとを下記式に代入することによって、温度差ΔTwを算出することを特徴とする。
ΔTw=ΔTp×exp(−Δt/τr)
+A×Rw×Vs2 ×(1−exp(−Δt/τr))/D
Rw=Ro×(1+κ×(Ta+ΔTp−To))
但し、Δt:前記温度差算出部が行う算出の時間間隔
Ro:所定温度Toにおける電線抵抗値
τr:前記電線の電線放熱時定数
κ:前記電線の電線抵抗温度係数
A:定数
本発明にあっては、例えば、電線を流れる電流値の上昇と共に電流値が上昇する電流が、電流出力回路から抵抗回路に出力される。抵抗回路では、第1抵抗に、第2抵抗及びキャパシタの直列回路が並列に接続されている。抵抗回路の両端間の両端電圧値が、予め設定されている電圧値以上である場合、スイッチをオフに切替え、電線を介した給電を停止する。
抵抗回路の両端電圧値が、予め設定されている電圧値である場合に電線を流れている電流値、即ち、電流閾値は、キャパシタに蓄えられている電力に依存する。キャパシタに電力が蓄えられていない場合、抵抗回路の抵抗値は、並列に接続された第1抵抗及び第2抵抗の合成抵抗値である。そして、キャパシタに蓄えられている電力が上昇するにつれて、抵抗回路の抵抗値は上昇する。抵抗回路の抵抗値の最大値は第1抵抗の抵抗値である。キャパシタに蓄えられている電力が小さい場合、抵抗回路の抵抗値が小さいため、予め設定されている電圧値を抵抗回路の抵抗値で除算することによって算出される電流値は大きく、電流閾値も大きい。キャパシタに蓄えられている電力が大きい場合、抵抗回路の抵抗値が大きいため、予め設定されている電圧値を抵抗回路の抵抗値で除算することによって算出される電流値は小さく、電流閾値も小さい。
スイッチがオフからオンに切替わった場合、キャパシタに蓄えられている電力が小さく、電流閾値は大きい。このため、スイッチをオフからオンに切替えた直後において突入電流が電線を流れることが許容される。更に、突入電流が電線を流れた後においては、キャパシタに電力が蓄えられており、電流閾値は小さい。このため、過電流による電線の発煙及び発火が確実に防止される。
また、例えば、スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返すことによって、電線を介して負荷に出力される電圧値が一定値に維持されている場合、抵抗回路の両端電圧値はスイッチのオン及びオフに応じて変動する。平滑回路は抵抗回路の両端間の電圧を平滑する。平滑回路が平滑した電圧値に基づいて算出した電線温度が所定温度以上である場合にスイッチをオフに切替える。
従って、電線を流れる電流値が前述した電流閾値未満であっても、電線温度が所定温度以上となった場合にスイッチがオンからオフに切替わるので、電線の発煙及び発火がより確実に防止される。更に、スイッチのオン及びオフへの切替えが交互に繰り返されている場合であっても、適切な電線温度が算出される。
また、電線温度と電線の周囲温度との温度差を時系列的に算出し、算出した温度差に電線の周囲温度を加算することによって電線温度を算出する。スイッチのオン及びオフへの切替えが交互に繰り返される。平滑回路が平滑した電圧値Vsと、温度検出部が検出した電線の周囲温度Taと、スイッチのオン及びオフへの切替えに係るデューティDと、前回算出した先行温度差ΔTpとを上述した式に代入することによって温度差ΔTwを算出する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、好適に車両に搭載され、バッテリ10、負荷11、電線12を備える。バッテリ10の正極と、負荷11の一端とは電線12によって接続されている。バッテリ10の負極と、負荷11の他端は接地されている。
制御回路21は、同様の場合において、マイコン25からオフ信号が入力されたとき、スイッチ20をオフに切替える。これにより、バッテリ10から負荷11への給電が遮断され、負荷11は動作を停止する。
抵抗回路23の両端電圧値は、制御回路21だけではなく、マイコン25にも入力される。
スイッチ20がオンからオフに切替わった後、電線電流値はゼロAとなり、キャパシタC1は放電する。キャパシタC1に蓄えられている電力が低下するにつれて、電流閾値が上昇する。
t秒間の電線12への通流によって発煙する電流値Ifは下記式で算出される。
前述したように、制御回路21は、抵抗回路23の両端電圧値が基準電圧値未満である場合において、マイコン25からオン信号が入力されたとき、スイッチ20をオンに切替え、マイコン25からオフ信号が入力されたとき、スイッチ20をオフに切替える。
入力部31には、抵抗回路23におけるアナログの両端電圧値が入力される。入力部31は、入力されたアナログの両端電圧値をA/D変換部34に出力する。A/D変換部34は、入力部31から入力されたアナログの両端電圧値をデジタルの両端電圧値に変換する。A/D変換部34が変換したデジタルの両端電圧値は、A/D変換部34から制御部36によって取得される。
出力部33は、制御部36の指示に従って、オン信号又はオフ信号を制御回路21に出力する。
ΔTw=ΔTp×exp(−Δt/τr)+Rth×Rw
×Iw2 ×(1−exp(−Δt/τr))・・・(1)
Rw=Ro×(1+κ×(Ta+ΔTp−To))・・・(2)
先行温度差ΔTpは記憶部35に記憶されており、制御部36によって記憶部35から読み出される。また、記憶部35に記憶されている先行温度差ΔTpは制御部36によって書き換えられる。
制御部36は、ステップS11又はステップS12を実行した後、制御処理を終了する。制御部36は、次の周期が到来した場合、再び制御処理を実行する。
図4は実施の形態2における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。
以下では、実施の形態2について、実施の形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施の形態1と共通しているため、実施の形態1と共通する構成部には実施の形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
キャパシタC3及び抵抗R4によって構成されるCRフィルタのCR時定数は、抵抗回路23のキャパシタC1及び抵抗R2のCR時定数よりも大きい。負荷11が作動している場合において、平滑電圧値は、スイッチ20のオン及びオフへの切替えによって大きく変動することはなく、略一定である。負荷11が動作を停止している場合、即ち、スイッチ20のオフが維持されている場合、平滑電圧値はゼロVである。
給電処理が実行されて負荷11が作動している場合、スイッチ20のオン及びオフの切替えが周期的に行われているため、電線電流値Iwの波形はパルス状をなす。各パルスは矩形状をなし、各パルスの電流値は同じであり、この電流値を以下では電流値Imと表す。
Iw2 =Im2 ×D・・・(3)
Im×D=α×Vs・・・(4)
ここで、αは定数である。
Iw2 =α2 ×Vs2 /D・・・(5)
演算式(1)及び式(5)から電線電流値Iwを消去すると、以下の演算式(6)が導出される。
ΔTw=ΔTp×exp(−Δt/τr)+α2 ×Rth
×Rw×Vs2 ×(1−exp(−Δt/τr))/D・・・(6)
ΔTw=ΔTp×exp(−Δt/τr)+A×Rw
×Vs2 ×(1−exp(−Δt/τr))/D・・・(7)
実施の形態2における電線温度の算出では、演算式(2),(7)が用いられる。平滑電圧値Vsの単位はボルト(V)である。デューティDは比であるため、デューティDの単位はない。また、負荷11が動作を停止している場合、前述したように平滑電圧値VsはゼロVであるので、周期Δtが経過する都度、温度差ΔTwは低下する。
なお、制御部36は、ステップS28を実行する時点で給電処理が実行されていなかった場合、ステップS28を実行することなく、ステップS29を実行する。
なお、制御部36は、ステップS28を実行する時点で給電処理が実行されている場合、ステップS31を実行することなく、制御処理を終了する。
なお、制御部36は、ステップS32を実行する時点で給電処理が実行されていなかった場合、ステップS32を実行することなく、ステップS33を実行する。
前述したように、制御部36は、平滑回路26が平滑した平滑電圧値を演算式(2),(7)に代入することによって、電線温度と、電線12の周囲温度との温度差を算出する。このため、スイッチ20のオン及びオフへの切替えが交互に繰り返されている場合であっても制御部36は適切な電線温度を算出することができる。
更に、スイッチ20は、Nチャネル型のFETに限定されず、Pチャネル型のFET、又は、バイポーラトランジスタ等であってもよい。
13 給電制御装置
20 スイッチ
21 制御回路(スイッチ制御部)
22 電流出力回路
23 抵抗回路
24 温度検出部
26 平滑回路
36 制御部(温度算出部、温度差算出部)
C1 キャパシタ
R1 抵抗(第1抵抗)
R2 抵抗(第2抵抗)
Claims (3)
- 電線の中途に設けられたスイッチをオン又はオフに切替えるスイッチ制御部を備え、該スイッチ制御部が行う切替えによって前記電線を介した給電を制御する給電制御装置において、
該電線を流れる電流に応じた電流を出力する電流出力回路と、
該電流出力回路が出力した電流が流れる抵抗回路と、
該抵抗回路の両端間の電圧を平滑する平滑回路と、
該平滑回路が平滑した電圧値に基づいて前記電線の電線温度を算出する温度算出部と
を備え、
前記抵抗回路は、
第1抵抗と、
該第1抵抗に並列に接続される第2抵抗及びキャパシタの直列回路と
を有し、
前記スイッチ制御部は、前記抵抗回路の両端間の両端電圧値が予め設定されている電圧値以上である場合に前記スイッチをオフに切替え、
前記スイッチ制御部は、前記温度算出部が算出した電線温度が所定温度以上である場合に前記スイッチをオフに切替え、
前記平滑回路は、前記抵抗回路の両端間の電圧が入力され、入力された電圧をそのまま出力するボルテージフォロワー回路を有し、該ボルテージフォロワー回路が出力した電圧を平滑すること
を特徴とする給電制御装置。 - 前記電線の周囲温度を検出する温度検出部を備え、
前記温度算出部は、前記電線温度と、該温度検出部が検出した周囲温度との温度差を時系列的に算出する温度差算出部を有し、該温度差算出部が算出した温度差に、前記温度検出部が検出した周囲温度を加算することによって前記電線温度を算出し、
前記スイッチ制御部は、前記スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返し、
前記温度差算出部は、前記平滑回路が平滑した電圧値Vsと、前記温度検出部が検出した周囲温度Taと、前記スイッチのオン及びオフへの切替えに係るデューティDと、前回算出した先行温度差ΔTpとを下記式に代入することによって、温度差ΔTwを算出すること
を特徴とする請求項1に記載の給電制御装置。
ΔTw=ΔTp×exp(−Δt/τr)
+A×Rw×Vs2 ×(1−exp(−Δt/τr))/D
Rw=Ro×(1+κ×(Ta+ΔTp−To))
但し、Δt:前記温度差算出部が行う算出の時間間隔
Ro:所定温度Toにおける電線抵抗値
τr:前記電線の電線放熱時定数
κ:前記電線の電線抵抗温度係数
A:定数 - 電線の中途に設けられたスイッチをオン又はオフに切替えるスイッチ制御部を備え、該スイッチ制御部が行う切替えによって前記電線を介した給電を制御する給電制御装置において、
該電線を流れる電流に応じた電流を出力する電流出力回路と、
該電流出力回路が出力した電流が流れる抵抗回路と、
該抵抗回路の両端間の電圧を平滑する平滑回路と、
該平滑回路が平滑した電圧値に基づいて前記電線の電線温度を算出する温度算出部と、
該電線の周囲温度を検出する温度検出部と
を備え、
前記抵抗回路は、
第1抵抗と、
該第1抵抗に並列に接続される第2抵抗及びキャパシタの直列回路と
を有し、
前記スイッチ制御部は、前記抵抗回路の両端間の両端電圧値が予め設定されている電圧値以上である場合に前記スイッチをオフに切替え、
前記スイッチ制御部は、前記温度算出部が算出した電線温度が所定温度以上である場合に前記スイッチをオフに切替え、
前記温度算出部は、前記電線温度と、前記温度検出部が検出した周囲温度との温度差を時系列的に算出する温度差算出部を有し、該温度差算出部が算出した温度差に、前記温度検出部が検出した周囲温度を加算することによって前記電線温度を算出し、
前記スイッチ制御部は、前記スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返し、
前記温度差算出部は、前記平滑回路が平滑した電圧値Vsと、前記温度検出部が検出した周囲温度Taと、前記スイッチのオン及びオフへの切替えに係るデューティDと、前回算出した先行温度差ΔTpとを下記式に代入することによって、温度差ΔTwを算出することを特徴とする給電制御装置。
ΔTw=ΔTp×exp(−Δt/τr)
+A×Rw×Vs2 ×(1−exp(−Δt/τr))/D
Rw=Ro×(1+κ×(Ta+ΔTp−To))
但し、Δt:前記温度差算出部が行う算出の時間間隔
Ro:所定温度Toにおける電線抵抗値
τr:前記電線の電線放熱時定数
κ:前記電線の電線抵抗温度係数
A:定数
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