WO2013161362A1 - 通電回路の保護装置 - Google Patents

Abstract

　通電回路の保護装置は、通電回路の導通と遮断を切り替える電源スイッチ（１１）と、入力信号に応じて電源スイッチ（１１）に切り替え指令信号を出力する制御装置（１２）と、通電回路に流れる電流を検出する電流検出器（１１）とを備える。制御装置（１２）は、電源スイッチ（１１）により負荷（ＲＬ）がオフとされた際に、オフ後の経過時間を測定するタイマ（２２）と、タイマにて所定時間（Ｑ１）が経過したことが検出された際に、制御装置（１２）をスリープモードに切り替えるモード切替部（２３）とを備える。

Description

通電回路の保護装置

　本発明は、車両に搭載される負荷に電力を供給する通電回路に過電流が流れて温度が上昇した際に、即時に回路を遮断して通電回路と負荷を保護するための通電回路の保護装置に関する。

　車両に搭載される負荷を制御する制御装置は、負荷に過電流が流れた際にいち早く回路を遮断するために保護回路が搭載されている。このような保護回路の従来例として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、負荷に流れる電流値に基づいて通電回路（負荷と電源を接続する電線、及び電源スイッチ）の発熱量と放熱量を算出し、更に、周囲温度を測定して通電回路の温度を推定し、推定した温度が所定の閾値に達した場合に、通電回路を遮断して、負荷に接続される回路を保護する構成とされている。

　また、推定により求められた通電回路の温度が所定の温度条件を満たす場合（例えば、周囲温度まで低下した場合）には、制御装置をスリープモード（低消費電力モード）に切り替えることにより、電力消費を抑制する。即ち、負荷が停止している場合には、負荷に接続される通電回路には電流は流れないので、通電回路の温度を推定する処理を停止することにより、制御装置による演算負荷を低減させて全体の消費電力を低減する。

特開２０１０－２３９８３５号公報 (JP 2010-239835 A)

　特許文献１に開示された従来例では、負荷に流れる電流に基づいて通電回路の発熱量と放熱量を算出し、この算出した結果に基づいて通電回路の温度を推定する方式を採用している。このため、車両のイグニッションがオフとされた直後等にて、周囲からの熱により通電回路の温度が上昇した場合には、正確な温度推定ができなくなってしまう。特に、車両のイグニッションをオフとした直後には、エンジン付近の強制空冷が停止するので、内部に高温の空気が蓄積されてしまい、この影響を受けることにより、負荷に電流が流れていないにも拘わらず、通電回路の温度が上昇する場合がある。即ち、実際の通電回路の温度が推定処理により求めた温度よりも高くなることがある。

　このような場合には、推定温度が周囲温度まで低下したことにより制御装置をスリープモードに切り替えると、実際には周囲温度まで低下していない状態でスリープモードとなってしまう。このため、次回、負荷がオンとされて通電回路に電流が流れた場合には、高精度な温度推定ができなくなってしまう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、負荷の駆動と停止を制御する制御装置を適切に低消費電力モードに切り替えることが可能な通電回路の保護装置を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る通電回路の保護装置は、車両に搭載され、負荷に接続される通電回路の温度を監視し、通電回路の温度が予め設定した閾値温度を上回った際に、通電回路を遮断して通電回路を保護するためのものであって、通電回路の導通と遮断を切り替える電源スイッチと、入力信号に応じて電源スイッチに切り替え指令信号を出力する制御装置と、通電回路に流れる電流を検出する電流検出器とを備える。制御装置は、通電回路がオンの場合には、電流検出器にて検出される電流値と通電時間に基づいて通電回路の上昇温度を推定し、制御装置により通電回路がオフの場合には、経過時間に基づいて通電回路の下降温度を推定し、上昇温度と下降温度に基づいて、通電回路の温度を推定する温度推定部と、電源スイッチにより負荷がオフとされた際に、オフ後の経過時間を測定するタイマと、タイマにて予め設定した所定時間が経過した際に、制御装置を通常動作時よりも消費電力の少ない低消費電力モードに切り替えるモード切替部とを備える。

　温度推定部は、モード切替部にて低消費電力モードとされた場合には、通電回路の温度推定を行わないことが好ましい。

　本発明の第１の観点に係る通電回路の保護装置では、電源スイッチにより負荷がオフとされた際に、タイマによる計時を開始し、所定時間が経過した場合に制御装置を低消費電力モードに切り替える。このため、電源スイッチをオフとした後に、周囲温度により電線の温度が上昇した場合でも、電線の温度が周囲温度に低下するまでに、低消費電力モードに切り替わることを防止でき、電線温度の検出を適切に行うことが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る通電回路の保護装置が搭載された負荷駆動装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態に係る通電回路の保護装置の処理動作を示すフローチャートである。 図３は、本発明の実施形態に係る通電回路の保護装置の各信号の変化を示すタイミングチャートである。

　本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本発明の実施形態に係る通電回路の保護装置が搭載された負荷駆動装置１００は、車両に搭載されるモータやランプ等の負荷ＲＬと、負荷ＲＬの駆動と停止を切り替える電源スイッチとしての半導体スイッチ回路１１と、半導体スイッチ回路１１を制御するための制御装置１２を備える。

　半導体スイッチ回路１１は、電源ＶＢと負荷ＲＬとの間に設けられ、制御装置１２より出力される操作指令信号に応じて、負荷ＲＬの駆動と停止を切り替える。また、半導体スイッチ回路１１は、負荷ＲＬに流れる電流を検出する電流検出器としての機能を備えている。即ち、端子Ｎ１１に操作指令信号が入力された際に、半導体スイッチ回路１１は、電源スイッチをオンとして端子Ｎ１３と端子Ｎ１４との間を導通させて負荷ＲＬに電流を供給し、負荷ＲＬを駆動させる。また、半導体スイッチ回路１１は、電流検出信号を端子Ｎ１２より出力する。半導体スイッチ回路１１は、例えば、ＩＰＳ（インテリジェント・パワー・スイッチ）や、ＭＯＳＦＥＴとシャント抵抗の組み合わせにより構成することができる。

　制御装置１２は、入力判定制御部２１と、タイマ制御部２２と、スリープ制御部２３と、温度推定部２４と、異常判定部２５と、ＡＮＤ回路２６と、外部機器と接続するための端子Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３を備える。

　入力判定制御部２１は、端子Ｎ１を介して操作スイッチＳＷ１と接続され、操作スイッチＳＷ１によりオン指令或いはオフ指令が入力された際に、これらの指令に基づくスイッチ入力信号を、ＡＮＤ回路２６とタイマ制御部２２に出力する。

　タイマ制御部２２は、時間を計時するためのタイマを備え、入力判定制御部２１よりオフ指令を示すスイッチ入力信号が出力された際に、タイマを作動させる。

　スリープ制御部２３は、タイマにより予め設定した時間が計時された場合に、制御装置１２全体を、通常動作時のモードである通常モードから、通常モードよりも消費電力が少ないスリープモード（低消費電力モード）に切り替える制御を行う。また、入力判定制御部２１にてオン指令を示すスイッチ入力信号が入力された際には、スリープ制御部２３はスリープモードを解除して通常モードに移行する制御を行う。このように、スリープ制御部２３は、制御装置１２の動作モードを切り替えるモード切替部としての機能を有する。

　温度推定部２４は、端子Ｎ３に接続されている。端子Ｎ３は、抵抗を介して半導体スイッチ回路１１の端子Ｎ１２に接続されている。温度推定部２４は、半導体スイッチ回路１１に流れる電流検出信号を取得し、半導体スイッチ回路１１に流れる電流値に基づいて、通電回路を構成する電線の発熱量と放熱量を算出し、更に、通電回路の熱抵抗や熱容量等の特性に基づいて、通電回路を構成する電線の温度を推定する。なお、温度推定部２４による電線温度の推定方法については後述する。

　異常判定部２５は、温度推定部２４にて推定された電線温度に基づき、電線温度が予め設定した閾値温度に達した場合に、ＡＮＤ回路２６に遮断信号を出力する。具体的には、異常判定部２５は、ＡＮＤ回路２６に「Ｌ」レベルとなる信号を出力する。

　ＡＮＤ回路２６は、一方の入力端子に入力判定制御部２１の出力端が接続され、他方の入力端子に異常判定部２５の出力端が接続されている。ＡＮＤ回路２６は、入力判定制御部２１の出力信号と異常判定部２５の出力信号が共に「Ｈ」レベルのときに、端子Ｎ２を介して「Ｈ」レベルの信号を出力する。半導体スイッチ回路１１は、ＡＮＤ回路２６の出力信号が「Ｈ」レベルとなったときにオンとなって、負荷ＲＬに電力が供給される。

［電線温度の推定処理の説明］
　次に、温度推定部２４における電線温度の推定処理について説明する。初めに、上昇温度の算出について説明する。負荷ＲＬに接続される電線に電流が流れることによる発熱に伴う電線の発熱量Ｘ１［Ｊ］は、次の（１）式で示すことができる。

　Ｘ１＝ｉ^２×Ｒon×Δｔ　　　　…（１）
ここで、ｉは電流［Ａ］、Ｒonは導体の抵抗［Ω］、Δｔはサンプリング時間［sec］である。

　従って、前回検出時の温度（初期的には周囲温度）［℃］に、発熱量Ｘ１［Ｊ］を熱容量［Ｊ／℃］で除して得られる温度（上昇温度）［℃］を加算することにより、現在の電線の推定温度Ｔ１［℃］を求めることができる。

　次に、下降温度の算出について説明する。半導体スイッチ回路１１にて電流が検出されないときの、放熱に伴う電線の放熱量Ｙ１［Ｊ］は、次の（２）式で示すことができる。

　Ｙ１＝Ｑ／（Ｃth×Ｒth／Δｔ）　　　…（２）
ここで、Ｑは電線の熱量［Ｊ］、Ｃthは電線の熱容量［Ｊ／℃］、Ｒthは電線の熱抵抗［℃／Ｗ］、Δｔはサンプリング時間［sec］である。そして、放熱量Ｙ１［Ｊ］を熱容量［Ｊ／℃］で除して得られる温度（下降温度）［℃］を減算することにより、現在の電線の推定温度Ｔ１［℃］を求めることができる。

［通常動作の説明］
　次に、実施形態に係る通電回路の保護装置の、通常動作時の作用について説明する。操作スイッチＳＷがオンとされ、オン指令信号が端子Ｎ１より制御装置１２に入力されると、このオン指令信号は入力判定制御部２１にて、オン指令を示すスイッチ入力信号としてＡＮＤ回路２６の一方の入力端子に供給される。また、通常動作時には、異常判定部２５は温度異常信号を出力しておらず、出力信号は「Ｈ」レベルとなるので、ＡＮＤ回路２６の出力信号は「Ｈ」レベルとなり、端子Ｎ２より「Ｈ」レベルの信号が出力される。そして、この「Ｈ」レベルの信号は半導体スイッチ回路１１の端子Ｎ１１に供給される。

　これにより、半導体スイッチ回路１１は、電源スイッチをオンとして負荷ＲＬに電源ＶＢより出力される電力を供給する。その結果、負荷ＲＬを駆動させることができる。また、温度推定部２４では、前述した（１），（２）式に基づいて通電回路を構成する電線の推定温度Ｔ１を算出しており、電線の推定温度Ｔ１が予め設定した閾値に達した場合には、異常判定部２５は、遮断信号を出力する。即ち、異常判定部２５は、出力信号を「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに切り替える。その結果、ＡＮＤ回路２６の出力信号は「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変更され、半導体スイッチ回路１１は電源スイッチをオフとして負荷ＲＬへの電力供給を停止する。

　こうして、制御装置１２の温度推定部２４では、所定のサンプリング周期毎に電線の推定温度Ｔ１を推定しており、電線の推定温度Ｔ１が閾値を上回った場合に、半導体スイッチ回路１１を遮断することにより、負荷ＲＬの通電を停止させて、回路全体を保護することができる。

［スリープモードへの移行動作の説明］
　次に、負荷ＲＬがオフとされた後に制御装置１２をスリープモードへ移行させる際の動作を、図２に示すフローチャート、図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。この処理は、タイマ制御部２２及びスリープ制御部２３により実行される。

　初めに、ステップＳ１１において、タイマ制御部２２は、入力判定制御部２１より出力されるスイッチ入力信号がオフ指令を示す信号であるか否かを判断する。即ち、操作スイッチＳＷ１がオフとされ、端子Ｎ１にオフ指令信号が入力されたか否かを判断する。

　ステップＳ１２において、タイマ制御部２２は、タイマを作動させ、オフ指令信号が入力された後の経過時間を計時する。

　ステップＳ１３において、タイマ制御部２２は、タイマによる計時時間が予め設定した所定時間を計時したか否かを判断する。そして、所定時間を計時したと判断した場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４において、スリープ制御部２３は、制御装置１２全体をスリープモードに移行させる。これにより、制御装置１２全体の消費電力を低減する。その結果、車両に搭載されるバッテリの負担を軽減でき、バッテリ上がりを防止することができる。

　また、タイマ制御部２２は、入力判定制御部２１よりオン指令を示すスイッチ入力信号が供給された場合には、タイマをクリアする。即ち、負荷ＲＬをオンとするための入力操作が行われた場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１５において、タイマをクリアすることにより、スリープモードへ移行させずに通常モードを継続させる。

　次に、操作スイッチＳＷ１がオフとされた後の、タイマの動作及び電線温度の変化を図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。

　初めに、図３の時刻ｔ１にて、操作スイッチＳＷ１がオンとされると、制御装置１２にはオン指令を示すスイッチ入力信号が入力される。従って、半導体スイッチ回路１１がオンとなって、通電回路の電線に電流が流れ、負荷ＲＬが駆動を開始する。すると、電線温度は、周囲温度（例えば、２５℃）から徐々に上昇を開始する。そして、時刻ｔ２において操作スイッチＳＷ１をオフとすると、タイマ制御部２２は、タイマを作動させて操作スイッチのオフ後の経過時間を計時する。

　その後、タイマが所定時間を計時する前の時刻ｔ３で操作スイッチＳＷ１がオンとされると、タイマはリセットされ、且つ、負荷ＲＬに電流が流れる。従って、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ３にて電線の推定温度Ｔ１は下降から上昇に転じる。また、図３（ｂ）に示すように、電線の温度推定が継続される。そして、時刻ｔ４において、車両のイグニッションがオフとされ、これに伴って操作スイッチがオフとされると、タイマによる計時が開始される。この際、上述した（２）式による電線の推定温度Ｔ１は、曲線Ｐ１に示すように、時刻ｔ４から徐々に低下を開始する。つまり、温度推定部２４による電線の推定温度Ｔ１は、曲線Ｐ１のように変化する。

　しかし、実際には、イグニッションがオフとされたことにより強制空冷が停止するので、エンジンルーム内に高温の空気が蓄積されることがある。そして、この高温の空気により電線が加熱され、例えば、曲線Ｐ２に示すように、半導体スイッチ回路１１のオフ時に電線温度が上昇する。このため、実際の電線温度は温度推定部２４で推定される温度（Ｐ１に示す温度）よりも高い温度となり、推定温度（Ｐ１）が周囲温度まで低下した場合でも、実際の温度（Ｐ２）は周囲温度よりも高い温度となっている。このとき、仮に、推定温度（Ｐ１）が周囲温度に達したことを判断してスリープモードに移行させると、電線温度が高い状態であるにも拘わらず制御装置１２がスリープモードに移行してしまい、半導体スイッチ回路１１を適切に制御することができなくなってしまう。

　実施形態では、操作スイッチＳＷ１がオフとされた後に、予め設定した所定時間（図３に示す時間Ｑ１）が経過した際に、制御装置１２をスリープモードへ移行させる。このため、この時間Ｑ１を電線温度が周囲温度に達するために要する十分な時間に設定することにより、電線温度が周囲の熱源により上昇する場合であっても、電線温度が周囲温度まで低下した後にスリープモードへ移行させることが可能となる。

　このように、実施形態に係る通電回路の保護装置では、車両に搭載されるランプやモータ等の負荷ＲＬがオフとされた後、所定時間（Ｑ１）が経過した後に、制御装置１２を通常モードからスリープモードに移行させる。このため、温度推定部２４による電線の推定温度に誤差が生じている場合でも、電線温度が確実に低下した状態（例えば、周囲温度まで低下した状態）で制御装置１２をスリープモードに移行させて、半導体スイッチ回路１１のオンとオフを適切に制御することが可能となる。

　以上、本発明の実施形態に係る通電回路の保護装置を図面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。

　本発明は、車両に搭載される負荷の制御装置を適切にスリープモードへ移行させることに利用することができる。

Claims (2)

1. 　車両に搭載され、負荷に接続される通電回路の温度を監視し、前記通電回路の温度が予め設定した閾値温度を上回った際に、前記通電回路を遮断して通電回路を保護するための通電回路の保護装置であって、
   　前記通電回路の導通と遮断を切り替える電源スイッチと、
   　入力信号に応じて前記電源スイッチに切り替え指令信号を出力する制御装置と、
   　前記通電回路に流れる電流を検出する電流検出器と
   を備え、
   　前記制御装置は、
   　　前記通電回路がオンの場合には、前記電流検出器にて検出される電流値と通電時間に基づいて前記通電回路の上昇温度を推定し、前記制御装置により通電回路がオフの場合には、経過時間に基づいて前記通電回路の下降温度を推定し、前記上昇温度と前記下降温度に基づいて通電回路の温度を推定する温度推定部と、
   　　前記電源スイッチにより前記負荷がオフとされた際に、オフ後の経過時間を測定するタイマと、
   　　前記タイマにて予め設定した所定時間が経過した際に、前記制御装置を通常動作時よりも消費電力の少ない低消費電力モードに切り替えるモード切替部と
   を備える
   ことを特徴とする通電回路の保護装置。
2. 　請求項１に記載の通電回路の保護装置であって、
   　前記温度推定部は、前記モード切替部にて低消費電力モードとされた場合には、前記通電回路の温度推定を行わないことを特徴とする通電回路の保護装置。

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