JP2014204575A - Shut-off device - Google Patents
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Abstract
【課題】電線の発火を確実に防止することができ、使用期間が長くて安価な遮断装置の提供。【解決手段】CPU63は、電線4の周囲温度と電線4の温度との温度差を経時的に繰り返し算出する。周囲温度にCPU63が算出した温度差を加えた温度が所定温度以上である場合、制御回路53はFET51をオフにすることによって電線4に流れる電流を遮断する。CPU63は、正の値である初期温度差を周囲温度に基づいて設定する。CPU63は、初回の温度差の算出では、設定した初期温度差を用い、以降の温度差の算出では、前回算出した温度差を用いる。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a breaker capable of reliably preventing the ignition of an electric wire and having a long use period and being inexpensive. A CPU 63 repeatedly calculates a temperature difference between the ambient temperature of the electric wire 4 and the temperature of the electric wire 4 over time. When the temperature obtained by adding the temperature difference calculated by the CPU 63 to the ambient temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the control circuit 53 blocks the current flowing through the wire 4 by turning off the FET 51. The CPU 63 sets an initial temperature difference that is a positive value based on the ambient temperature. The CPU 63 uses the set initial temperature difference for the first temperature difference calculation, and uses the previously calculated temperature difference for the subsequent temperature difference calculation. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、電線温度を算出し、算出した電線温度が閾値以上である場合に電線に流れる電流を遮断する遮断装置に関する。 The present invention relates to a breaker that calculates a wire temperature and blocks a current flowing through the wire when the calculated wire temperature is equal to or higher than a threshold value.
車両に搭載された多数の電気機器を接続するワイヤーハーネスの電線に電流が流れた場合、電線はジュール熱を発生する。例え、電線に流れる電流が過電流でなくても、電線に電流が流れることによって発生するジュール熱が電線の放熱量を超える可能性がある。電線から発生するジュール熱が電線の放熱量を超えた場合、電線温度が上昇する。そして、電線温度が一定の温度を超えた場合に電線が発火する。 When a current flows through an electric wire of a wire harness that connects many electric devices mounted on a vehicle, the electric wire generates Joule heat. For example, even if the current flowing through the electric wire is not an overcurrent, the Joule heat generated by the current flowing through the electric wire may exceed the heat radiation amount of the electric wire. When Joule heat generated from the electric wire exceeds the heat radiation amount of the electric wire, the electric wire temperature rises. And when an electric wire temperature exceeds fixed temperature, an electric wire ignites.
特許文献1には、このような電線の発火を防止することができる遮断装置が開示されている。この遮断装置は、電線に流れる電流を検出し、電線の周囲温度と電線温度との温度差を経時的に繰り返し算出する。特許文献1に記載の遮断装置は、周囲温度と電線温度との温度差を、検出した電流値と、前回算出した温度差とを用いて算出し、算出した温度差を周囲温度に加算した温度、即ち、電線温度が所定温度以上である場合に電線に流れる電流を遮断する。これにより、電線が発火する前に電線に流れる電流を遮断し、電線の発火を防止することができる。 Patent Document 1 discloses a breaker that can prevent the ignition of such an electric wire. This circuit breaker detects the current flowing through the electric wire, and repeatedly calculates the temperature difference between the ambient temperature of the electric wire and the temperature of the electric wire over time. The circuit breaker disclosed in Patent Literature 1 calculates a temperature difference between the ambient temperature and the wire temperature using the detected current value and the previously calculated temperature difference, and adds the calculated temperature difference to the ambient temperature. That is, the current flowing through the electric wire is cut off when the electric wire temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. Thereby, before an electric wire ignites, the electric current which flows into an electric wire can be interrupted | blocked and the ignition of an electric wire can be prevented.
特許文献1に記載の遮断装置では、電線の周囲温度と電線温度との温度差は、通常、マイクロコンピュータ(以下ではマイコンと記載する)のCPU(Central Processing Unit)によって算出され、CPUは、次に温度差を算出するために、算出した温度差をマイコンのRAM(Random Access Memory)に一時的に記憶する。また、多くのマイコンは、動作に不具合が生じた場合にリセットされて初期化するように構成されている。 In the circuit breaker described in Patent Document 1, the temperature difference between the ambient temperature of the electric wire and the electric wire temperature is usually calculated by a CPU (Central Processing Unit) of a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer). In order to calculate the temperature difference, the calculated temperature difference is temporarily stored in a RAM (Random Access Memory) of the microcomputer. Many microcomputers are configured to be reset and initialized when a malfunction occurs.
マイコンが初期化された場合、RAMに記憶してある温度差は消去され、CPUは、温度差がゼロである、即ち、電線温度は周囲温度と一致しているとして、電線温度の算出を再開する。このため、例えば、電線温度が高い状態でマイコンが初期化された場合、その後にCPUが算出する電線温度は実際の電線温度よりも低い。従って、実際の電線温度が所定温度以上である場合においても、電線に流れる電流が遮断されないので電線が発火する虞があり、電線の発火を確実に防止することができないという問題がある。 When the microcomputer is initialized, the temperature difference stored in the RAM is erased, and the CPU resumes calculating the wire temperature assuming that the temperature difference is zero, that is, the wire temperature matches the ambient temperature. To do. For this reason, for example, when the microcomputer is initialized in a state where the electric wire temperature is high, the electric wire temperature calculated by the CPU thereafter is lower than the actual electric wire temperature. Therefore, even when the actual electric wire temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the electric current flowing through the electric wire is not interrupted, so that the electric wire may ignite, and there is a problem that the electric wire cannot be reliably ignited.
以上のような場合であっても、電線の発火を防止することができる遮断装置として、常時記憶を保持する不揮発性メモリを備え、CPUが温度差を算出する都度、不揮発性メモリに、算出した温度差を書き込む遮断装置が考えられる。しかしながら、この場合、温度差を記憶するための不揮発性メモリを備えなければならないために製造費用が嵩む。更には、温度差の書き込み回数が膨大となって不揮発性メモリが早期に劣化するので装置の使用期間が短いという問題がある。 Even in the above cases, as a shut-off device that can prevent the ignition of the electric wire, a non-volatile memory that always keeps memory is provided, and each time the CPU calculates the temperature difference, the non-volatile memory is calculated. A shut-off device for writing the temperature difference is conceivable. In this case, however, the manufacturing cost increases because a non-volatile memory for storing the temperature difference must be provided. Furthermore, the number of times of temperature difference writing becomes enormous and the non-volatile memory deteriorates early, so that there is a problem that the device usage period is short.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電線の発火を確実に防止することができ、使用期間が長くて安価な遮断装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a situation, The place made into the objective is providing the interruption device which can prevent the ignition of an electric wire reliably and has a long use period and is inexpensive.
本発明に係る遮断装置は、電線の周囲温度と前記電線の温度との温度差を経時的に繰り返し算出する算出手段を備え、前記周囲温度に前記算出手段が算出した温度差を加えた温度が所定温度以上である場合に前記電線に流れる電流を遮断する遮断装置において、正の値である初期温度差を前記周囲温度に基づいて設定する設定手段を備え、前記算出手段は、初回の前記温度差の算出では、前記設定手段が設定した前記初期温度差を用い、以降の前記温度差の算出では、前回算出した温度差を用いるように構成してあることを特徴とする。 The circuit breaker according to the present invention includes a calculation unit that repeatedly calculates a temperature difference between the ambient temperature of the wire and the temperature of the wire over time, and the temperature obtained by adding the temperature difference calculated by the calculation unit to the ambient temperature is In the interrupting device that interrupts the current flowing through the wire when the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the interrupting device includes a setting unit that sets an initial temperature difference that is a positive value based on the ambient temperature, and the calculating unit includes the initial temperature In the calculation of the difference, the initial temperature difference set by the setting means is used, and in the subsequent calculation of the temperature difference, the previously calculated temperature difference is used.
本発明にあっては、電線の周囲温度から電線温度までの温度差を経時的に繰り返し算出する。温度差の算出を開始する場合、まず、正の値である初期温度差を電線の周囲温度に基づいて設定する。初回の温度差の算出では、設定された初期温度差を用いて、周囲温度と電線温度との温度差を算出し、以降の温度差の算出では、前回算出した温度差を用いて、周囲温度と電線温度との温度差を算出する。そして、周囲温度に、算出した温度差を加算した温度、即ち、電線温度が所定温度以上である場合に、電線に流れる電流を遮断する。 In the present invention, the temperature difference from the ambient temperature of the wire to the wire temperature is repeatedly calculated over time. When starting the calculation of the temperature difference, first, an initial temperature difference that is a positive value is set based on the ambient temperature of the electric wire. In the initial temperature difference calculation, the temperature difference between the ambient temperature and the wire temperature is calculated using the set initial temperature difference, and in the subsequent temperature difference calculation, the ambient temperature is calculated using the previously calculated temperature difference. And the temperature difference between the wire temperature. Then, when the temperature obtained by adding the calculated temperature difference to the ambient temperature, that is, when the wire temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the current flowing through the wire is cut off.
このため、例えば、周囲温度と電線温度との温度差を算出するマイコンが初期化されて再び最初から温度差の算出を開始する場合であっても、周囲温度に基づいて、正の値である初期温度差を適切に設定することによって、算出された電線温度が実際の電線温度を超えている状態に保つことが可能となる。 For this reason, for example, even when the microcomputer that calculates the temperature difference between the ambient temperature and the wire temperature is initialized and the calculation of the temperature difference starts again from the beginning, it is a positive value based on the ambient temperature. By appropriately setting the initial temperature difference, it is possible to keep the calculated wire temperature exceeding the actual wire temperature.
従って、実際の電線温度が所定温度以上となる前に確実に電線に流れる電流を遮断することができるので、電線の発火が確実に防止される。更には、算出した温度差を常時記憶する不揮発性メモリを使用する必要がなく、かつ、不揮発性メモリに温度差を書き込む必要がないため、装置は安価であり、かつ、装置の使用期間が長い。 Accordingly, since the current flowing through the electric wire can be surely interrupted before the actual electric wire temperature becomes equal to or higher than the predetermined temperature, ignition of the electric wire is reliably prevented. Furthermore, since it is not necessary to use a non-volatile memory that always stores the calculated temperature difference, and it is not necessary to write the temperature difference in the non-volatile memory, the device is inexpensive and the device usage period is long. .
本発明に係る遮断装置は、前記設定手段は、前記周囲温度が低い程、前記初期温度差を大きい数値に設定するように構成してあることを特徴とする。 The shut-off device according to the present invention is characterized in that the setting means is configured to set the initial temperature difference to a larger value as the ambient temperature is lower.
本発明にあっては、周囲温度が低いときに初期温度差を大きい数値に設定し、周囲温度が高いときに初期温度差を小さい数値に設定することによって、常に、電線温度が高い状態であるという前提の下で電線温度の算出を開始することが可能となる。例えば、所定温度が150℃である場合、電線温度が130℃であるという前提の下で電線温度の算出を開始することが可能となる。このため、算出した電線温度を実際の電線温度よりも確実に上回らせることが可能となる。算出した電線温度を実際の電線温度よりも上回らせることによって、実際の電線温度が所定温度以上となる前に電線に流れる電流が遮断されるので、電線の発火がより確実に防止される。 In the present invention, when the ambient temperature is low, the initial temperature difference is set to a large value, and when the ambient temperature is high, the initial temperature difference is set to a small value so that the wire temperature is always high. Under this assumption, the calculation of the wire temperature can be started. For example, when the predetermined temperature is 150 ° C., the calculation of the wire temperature can be started on the assumption that the wire temperature is 130 ° C. For this reason, it becomes possible to reliably exceed the calculated electric wire temperature above the actual electric wire temperature. By causing the calculated electric wire temperature to exceed the actual electric wire temperature, the current flowing through the electric wire is interrupted before the actual electric wire temperature becomes equal to or higher than the predetermined temperature, so that the ignition of the electric wire is more reliably prevented.
本発明に係る遮断装置は、前記電線に流れる電流を検出する検出手段を更に備え、前記算出手段は、前記検出手段が検出した電流値I1(A)と、前回算出した温度差ΔT1(℃)とを下記式に代入することによって、温度差ΔT2(℃)を算出するように構成してあることを特徴とする。
ΔT2=ΔT1×exp(−Δt/τ)
+Rth×R1×I12 ×(1−exp(−Δt/τ))
R1=Ro×(1+κ×(Ta+ΔT1−To))
但しRth:電線熱抵抗(℃/W)
Ro:所定温度To(℃)における電線抵抗(Ω)
Ta:前記周囲温度(℃)
τ:電線放熱時定数(s)
κ:電線抵抗温度係数(/℃)
Δt:前記算出手段の算出間隔(s)
The interrupting device according to the present invention further includes detection means for detecting a current flowing through the electric wire, and the calculation means is a current value I1 (A) detected by the detection means and a temperature difference ΔT1 (° C.) calculated last time. The temperature difference ΔT2 (° C.) is calculated by substituting into the following equation.
ΔT2 = ΔT1 × exp (−Δt / τ)
+ Rth × R1 × I1 2 × (1-exp (−Δt / τ))
R1 = Ro × (1 + κ × (Ta + ΔT1-To))
However, Rth: Wire thermal resistance (° C / W)
Ro: Wire resistance (Ω) at a predetermined temperature To (° C.)
Ta: the ambient temperature (° C.)
τ: Electric wire heat dissipation time constant (s)
κ: Wire resistance temperature coefficient (/ ° C)
Δt: Calculation interval (s) of the calculation means
本発明にあっては、電線に流れる電流を検出し、検出した電流値と、前回算出した温度差とを前述の式に代入することによって、実際の電線の温度により近い電線の温度が算出される。 In the present invention, by detecting the current flowing through the wire and substituting the detected current value and the previously calculated temperature difference into the above formula, the wire temperature closer to the actual wire temperature is calculated. The
本発明によれば、正の値である初期温度差を電線の周囲温度に基づいて設定するため、電線の発火を確実に防止することができ、使用期間が長くて安価な遮断装置を実現することができる。 According to the present invention, since the initial temperature difference, which is a positive value, is set based on the ambient temperature of the electric wire, it is possible to reliably prevent the electric wire from being ignited, and to realize an inexpensive circuit breaker having a long use period. be able to.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る遮断装置の構成を示すブロック図である。この遮断装置1は、車両に好適に搭載され、バッテリ2の正極端子と負荷3の一端との間に電線4によって接続されている。バッテリ2の負極端子と負荷3の他端とは接地されている。遮断装置1は、電線4に流れる電流と電線4の周囲温度とを検出し、検出した電流値及び周囲温度を用いて電線4の電線温度を算出する。遮断装置1は、算出した電線温度が閾値以上である場合に、電線4に流れる電流を遮断する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a shut-off device according to the present invention. This interruption device 1 is suitably mounted on a vehicle, and is connected by a
遮断装置1は、IPD(Intelligent Power Device)11、温度検出部12、マイコン13及びウォッチドッグ14を備える。IPD11は、バッテリ2の正極端子と負荷3の一端との間に電線4によって接続され、更に、マイコン13に接続されている。温度検出部12は、電線4の近傍に配置され、マイコン13に接続されている。マイコン13は、IPD11及び温度検出部12の他に、ウォッチドッグ14に接続されている。
The shut-off device 1 includes an IPD (Intelligent Power Device) 11, a
IPD11は、電線4に流れる電流を検出しており、マイコン13から電流値の出力指示を受け付けた場合、検出した電流値を示す電流情報をマイコン13に出力する。更に、IPD11は、マイコン13から電線4に流れる電流の遮断指示を受け付けた場合、電線4に流れる電流を遮断する。
温度検出部12は、電線4の周囲温度を検出しており、検出した周囲温度を示す温度情報をマイコン13に出力している。
The
The
マイコン13は、IPD11に出力指示を出力することによって、IPD11から電流情報を取得し、温度検出部12から温度情報を取得する。マイコン13は、IPD11及び温度検出部12夫々から取得した電流情報及び温度情報が示す電流値及び温度を用いて電線4の電線温度を経時的に繰り返し算出する。マイコン13は、算出した電線温度が閾値以上である場合、IPD11に遮断指示を出力して、電線4に流れる電流を遮断する。
The
また、マイコン13は、正常に動作している間、ウォッチドッグ14に所定周期でパルスを出力する。マイコン13は、ウォッチドッグ14からリセットを指示するリセット信号を受け付けた場合、初期化を行う。
ウォッチドッグ14は、マイコン13が出力しているパルスを受け付けており、例えば、マイコン13の不具合によって、パルスがマイコン13から一定期間入力されなかった場合、リセット信号をマイコン13に出力する。
Further, the
The watch dog 14 receives a pulse output from the
IPD11は、Nチャネル型のFET(Field Effect Transistor)51、電流検出部52及び制御回路53を有する。FET51について、ドレインは電線4によってバッテリ2の正極端子に接続され、ソースは電線4によって負荷3の一端に接続され、ゲートは制御回路53に接続されている。制御回路53は、FET51のゲートの他に、電流検出部52及びマイコン13に接続されている。
The
FET51は、スイッチとして機能し、ゲートに所定電圧以上の電圧が印加された場合に電流がドレインからソースに流れてオンとなり、ゲートに印加されている電圧が所定電圧未満である場合に電流がドレインからソースに流れずにオフとなる。
電流検出部52は、電線4に流れる電流を検出し、検出した電流値を制御回路53に出力している。電流検出部52は検出手段として機能する。
The
The
制御回路53は、FET51のゲートに印加している電圧を調整することによって、FET51をオン/オフし、通常、FET51をオンに維持している。また、制御回路53は、マイコン13から出力指示及び遮断指示を受け付ける。制御回路53は、出力指示を受け付けた場合、電流検出部52が検出した電流値を示す電流情報をマイコン13へ出力する。制御回路53は、遮断指示を受け付けた場合、FET51をオフにし、電線4に流れる電流を遮断する。
The
マイコン13は、入力部61、出力部62、CPU63、記憶部64及びRAM65を有し、これらはバス66に接続されている。
入力部61には、IPD11の制御回路53及び温度検出部12夫々から電流情報及び温度情報が入力され、入力部61は、入力された電流情報及び温度情報が示す電流値及び周囲温度をCPU63に通知する。出力部62は、CPU63の指示に従って、出力指示及び遮断指示を制御回路53に出力する。更に、出力部62は、CPU63が正常に動作している間、ウォッチドッグ14に所定周期でパルスを出力する。
The
The
CPU63は、記憶部64に記憶してある制御プログラムをRAM65にロードし、ロードした制御プログラムを実行することによって、出力部62の動作の制御、及び、電線温度の算出等の処理を行う。記憶部64は不揮発性メモリであり、記憶部64に記憶されている内容はCPU63によって読み出される。RAM65は一時的に情報を記憶するメモリであり、CPU63によって、RAM65への書き込みと、RAM65からの読み出しとが行われる。
ウォッチドッグ14がマイコン13にリセット信号を出力した場合、入力部61、出力部62、CPU63及びRAM65夫々の動作は、初期化される。
CPU63 loads the control program memorize | stored in the memory |
When the watchdog 14 outputs a reset signal to the
図2は、CPU63が実行する動作の手順を示すフローチャートである。まず、CPU63は、温度検出部12から入力部61に入力された温度情報が示す電線4の周囲温度を取得する(ステップS1)。次に、CPU63は、初回の電線温度の算出に用いられて正の値である初期温度差を、ステップS1で取得した周囲温度に基づいて設定する(ステップS2)。CPU63は設定手段として機能する。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of operations executed by the
図3は電線4の周囲温度と初期温度差との関係を示すグラフである。図3に示す周囲温度と初期温度差との関係は記憶部64に記憶されている。CPU63は、ステップS2では、図3に示すグラフを用いて、電線温度の算出に用いる初期温度差を、ステップS1で取得した周囲温度に対応する初期温度差に設定する。図3に示す周囲温度と初期温度差との関係では、電線4の周囲温度の増加と共に初期温度差は低下しているので、ステップS2では、CPU63は、電線4の周囲温度が低い程、初期温度差を大きい数値に設定する。CPU63によって設定された初期温度差はRAM65に記憶される。図3のグラフでは、初期温度差は、正の値であり、常にゼロを超えている。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ambient temperature of the
CPU63は、ステップS2を実行した後、出力部62に出力指示を制御回路53へ出力させることによって制御回路53から入力部61に入力された電流情報が示す電流値を取得する(ステップS3)。
After executing step S2, the
CPU63は、ステップS3を実行した後、ステップS1又は後述のステップS7で取得した周囲温度と電線4の電線温度との温度差を算出する(ステップS4)。後述するように、算出した電線温度が閾値未満である間、CPU63はステップS3、S4、S5及びS7を繰り返し実行する。
After executing step S3, the
ステップS4で行われる初回の温度差の算出では、CPU63は、ステップS1で取得した周囲温度と、ステップS2で設定した初期温度差と、ステップS3で取得した電流値とを用いて、ステップS1で取得した周囲温度と電線温度との温度差を算出する。ステップS4で行われる2回目以降の温度差の算出では、CPU63は、ステップS7でステップS1と同様に取得した周囲温度と、前回ステップS4で算出した温度差と、ステップS3で取得した電流値とを用いて、ステップS7で取得した周囲温度と電線温度との温度差を算出する。CPU63は、算出手段としても機能する。
In the calculation of the first temperature difference performed in step S4, the
次に、CPU63は、ステップS1又はステップS7で取得した周囲温度にステップS4で算出した温度差を加えることによって、電線4の電線温度を算出する(ステップS5)。ステップS5で行われる初回の電線温度の算出では、ステップS1で取得した周囲温度にステップS4で算出した温度差を加えることによって電線温度を算出し、ステップS5で行われる2回目以降の電線温度の算出では、ステップS7で取得した周囲温度にステップS4で算出した温度差を加えることによって電線温度を算出する。
Next, the
そして、CPU63は、ステップS5で算出した電線温度が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS6)。CPU63は、電線温度が閾値未満であると判定した場合(ステップS6:NO)、ステップS1と同様に、温度検出部12から入力部61に入力された温度情報が示す電線4の周囲温度を取得し(ステップS7)、処理をステップS3に戻す。電線温度が閾値以上となるまでステップS3、S4、S5及びS7の処理を繰り返し実行する。
And CPU63 determines whether the electric wire temperature calculated by step S5 is more than a threshold value (step S6). When the
CPU63は、ステップS6で電線温度が閾値未満であると繰り返し判定している間、ステップS3、S4、S5及びS7を所定周期ごとに実行する。このように、CPU63は、電線4の周囲温度と電線4の電線温度との温度差を経時的、具体的には、所定周期ごとに繰り返し算出する。
CPU63 performs step S3, S4, S5, and S7 for every predetermined period, while repeatedly determining with electric wire temperature being less than a threshold value by step S6. As described above, the
CPU63は、ステップS5で算出した電線温度が閾値以上であると判定した場合(ステップS6:YES)、出力部62に指示して制御回路53に遮断指示を出力することによって電線4に流れる電流を遮断する(ステップS8)。出力部62が制御回路53に遮断指示を出力した場合、制御回路53は、前述したように、FET51をオフにし、電線4に流れる電流を遮断する。ここで、閾値は所定温度に該当する。
CPU63は、ステップS7を実行した後、動作を終了する。
When the
CPU63 complete | finishes operation | movement, after performing step S7.
CPU63は、ステップS4における2回目以降の温度差の算出では、直前のステップS3で取得した電流値と、前回ステップS4で算出した温度差と、ステップS7で取得した周囲温度とを(1)式及び(2)式に代入することによって温度差を算出する。
ΔT2=ΔT1×exp(−Δt/τ)+Rth×R1
×I12 ×(1−exp(−Δt/τ))・・・(1)
R1=Ro×(1+κ×(Ta+ΔT1−To))・・・(2)
In the calculation of the temperature difference for the second and subsequent times in step S4, the
ΔT2 = ΔT1 × exp (−Δt / τ) + Rth × R1
× I1 2 × (1-exp (−Δt / τ)) (1)
R1 = Ro × (1 + κ × (Ta + ΔT1-To)) (2)
以下に、(1)式及び(2)式で用いられている変数及び定数を説明する。変数及び定数の説明では、括弧内に変数又は定数の単位を示している。ΔT1は、前回ステップS4で算出した温度差(℃)であり、ΔT2は、ステップS4で算出する温度差(℃)である。Δtは、ステップS4で温度差ΔT2を算出する間隔(s)であり、τは電線4の電線放熱時定数(s)である。
The variables and constants used in the equations (1) and (2) will be described below. In the description of variables and constants, the unit of the variable or constant is shown in parentheses. ΔT1 is the temperature difference (° C.) calculated in the previous step S4, and ΔT2 is the temperature difference (° C.) calculated in step S4. Δt is an interval (s) for calculating the temperature difference ΔT2 in step S4, and τ is a wire heat dissipation time constant (s) of the
Rthは、電線4の電線熱抵抗(℃/W)であり、R1は、電線4の電線温度が前回ステップS5で算出した電線温度である場合における電線4の電線抵抗(Ω)である。Toは所定の温度(℃)であり、Roは温度Toにおける電線抵抗(Ω)である。TaはステップS7で取得した周囲温度(℃)であり、κは電線4の電線抵抗温度係数(/℃)である。I1は、ステップS3で取得した電流値(A)である。ΔT1、ΔT2、I1及びTaは変数であり、Δt、τ、Rth、Ro、κ及びToは、予め設定されている定数である。
Rth is the wire thermal resistance (° C./W) of the
ステップS4における初回の温度差の算出では、CPU63は、TaにステップS1で取得した周囲温度と、ΔT1にステップS2で設定した初期温度差とを(1)式及び(2)式に代入することによって、ステップS1で取得した周囲温度と電線温度との温度差ΔT2を算出する。初回の温度差の算出における他の変数及び定数については、2回目以降の温度差の算出と同様に、I1は直前のステップS3で取得した電流値であり、Δt、τ、Rth、Ro、κ及びToは予め設定されている定数である。
In the calculation of the first temperature difference in step S4, the
(1)式の(右辺)は第1項と第2項との和によって構成されている。exp(−Δt/τ)は、温度差の算出間隔Δtが長い程小さくなるため、第1項は電線4の放熱を表す項である。また、(1−exp(−Δt/τ))は、温度差の算出間隔Δtが長い程大きくなるため、第2項は電線4の発熱を表す項である。
The (right side) of equation (1) is composed of the sum of the first term and the second term. Since exp (−Δt / τ) becomes smaller as the temperature difference calculation interval Δt becomes longer, the first term is a term representing heat radiation of the
遮断装置1では、前述したように、CPU63は、周囲温度が低い程、初期温度差を大きい数値に設定する。このため、CPU63は、常に、電線温度が高い状態であるという前提の下で電線温度の算出を開始することができる。例えば、電流を遮断するか否かを判定するための閾値が150℃である場合、周囲温度が低い程、初期温度差を大きい数値に設定することによって電線温度が130℃であるという前提の下で電線温度の算出を開始することができる。従って、CPU63が算出した電線温度を実際の電線温度よりも確実に上回らせることができる。これにより、実際の電線温度が閾値以上となる前に電線4に流れる電流が遮断されるので、電線温度の上昇によって生じる電線4の発火をより確実に防止することができる。
In the shut-off device 1, as described above, the
更に、電線温度が高い状態であるという前提の下で電線温度の算出を開始した場合であっても、(1)式及び(2)式を用いて電線温度を算出することによって、CPU63は、実際の電線温度に近い電線温度を算出することができる。
Further, even when the calculation of the wire temperature is started under the assumption that the wire temperature is high, by calculating the wire temperature using the equations (1) and (2), the
図4は遮断装置1における効果の説明図である。図4では、CPU63が算出した電線温度の推移が太線で示されており、実際の電線温度の推移が細線で示されている。図4に示すように、時間が経過するにつれて、即ち、CPU63が電線温度を算出する回数が増えるにつれて、CPU63が算出する電線温度は実際の電線温度に近づく。この理由を以下に説明する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of effects in the blocking device 1. In FIG. 4, the transition of the wire temperature calculated by the
初期温度差を実際の電線4における温度差よりも大きい数値に設定した場合、初回の算出で初期温度差が代入される(1)式のΔT1は非常に大きな値となる。このため、(1)式の右辺に記載してある第1項の値は大きく減少する。そして、(1)式の右辺に記載してある第2項は、電流検出部52が検出した電流値、即ち、実際に電線4に流れる電流の値であるため、低い。これにより、CPU63は、(1)式及び(2)式を用いた電線温度の算出を繰り返すことによって、算出される温度差ΔT2は減少し、実際の電線温度に近い電線温度が算出される。電線4に適切な一定の電流が流れ続けている場合において、CPU63が電線温度の算出を更に繰り返したとき、(1)式の第1項の減少量と、(1)式の第2項の増加量とが一致し、図4に示すように、CPU63が算出する温度差ΔT2は一定となる。
When the initial temperature difference is set to a value larger than the actual temperature difference in the
このため、遮断装置1では、実際の電線温度が十分に高くて閾値に近い場合にのみ、出力部62から制御回路53に遮断指示が出力されてFET51がオフとなり、電線4に流れる電流が遮断される。
なお、温度差ΔT2の算出に用いる式が、前回算出した温度差ΔT1に依存する放熱の項と、電線4に流れる電流の値I1に依存する発熱の項との和である場合、同様の効果が得られる。
For this reason, in the interruption device 1, only when the actual wire temperature is sufficiently high and close to the threshold value, an interruption instruction is output from the
The same effect is obtained when the equation used to calculate the temperature difference ΔT2 is the sum of the term of heat dissipation that depends on the previously calculated temperature difference ΔT1 and the term of heat generation that depends on the value I1 of the current flowing through the
また、CPU63が電線温度を繰り返し算出している間にウォッチドッグ14がリセット信号をマイコン13に出力して、CPU63が初期化され、電線温度の算出が再開された場合であっても、実際の電線温度が閾値以上となる前に電線4に流れる電流を遮断することができる。
Even when the
図5は遮断装置1における効果の他の説明図である。図5では、CPU63が算出した電線温度の推移が太線で示されており、実際の電線温度の推移が細線で示されており、従来の遮断装置において算出される電線温度の推移が一点鎖線で示されている。
FIG. 5 is another explanatory view of the effect in the blocking device 1. In FIG. 5, the transition of the wire temperature calculated by the
ここでは、図5に示すように、実際の電線温度が時間の経過と共に上昇して閾値に達する場合を説明する。初期温度差がゼロに設定されている従来の遮断装置では、図5に示すように、算出の途中でCPUが初期化した場合、初期温度差がゼロであるため、電線温度の算出を再開した後に算出される電線温度は実際の電線温度よりも低い。このため、実際の電線温度が閾値となった時点では、算出した電線温度は閾値未満であり、電線に流れる電流が遮断されないので、電線が発火する虞がある。 Here, as shown in FIG. 5, the case where the actual electric wire temperature rises with time and reaches a threshold value will be described. In the conventional interruption device in which the initial temperature difference is set to zero, as shown in FIG. 5, when the CPU is initialized in the middle of the calculation, the calculation of the wire temperature is resumed because the initial temperature difference is zero. The wire temperature calculated later is lower than the actual wire temperature. For this reason, when the actual electric wire temperature becomes a threshold value, the calculated electric wire temperature is less than the threshold value, and the current flowing through the electric wire is not interrupted, so that the electric wire may ignite.
遮断装置1では、図5に示すように、ゼロを超える値、即ち、正の値である初期温度差が設定されるため、電線4の電線温度が十分に高い状態であるという前提の下に、電線4の電線温度の算出が開始される。初期温度差が十分に大きな数値に設定された場合、前述したように、時間が経過するにつれてCPU63が算出した電線温度は減少して実際の電線温度に近づく。更に、算出の途中でCPU63が初期化して電線温度の算出を再開した場合、再び、数値が大きい初期温度差が設定されるので、CPU63が算出した電線温度は実際の電線温度よりも高い。
As shown in FIG. 5, since the initial temperature difference that is a value exceeding zero, that is, a positive value is set in the interrupting device 1, under the assumption that the wire temperature of the
これにより、図5に示すように、CPU63は、実際の電線温度が閾値以上となる前に確実に電線4に流れる電流を遮断することができ、電線4の発火を確実に防止することができる。更には、CPU63が算出した温度差を常時記憶する不揮発性メモリを使用する必要がなく、かつ、不揮発性メモリに温度差を書き込む必要がないため、遮断装置1は安価であり、かつ、遮断装置1の使用期間は長い。
As a result, as shown in FIG. 5, the
なお、CPU63は、電線4の周囲温度と電線温度との温度差を算出する式は、(1)式及び(2)式に限定されない。CPU63は、前回算出した温度差ΔT1に依存する放熱の項と、電線4に流れる電流の値I1に依存する発熱の項との和で構成される式であればよい。
The
また、CPU63は、周囲温度が低い程、初期温度差を大きい数値に設定しなくてもよく、CPU63は、算出する電線温度が実際の電線温度を超えるように、周囲温度に基づいて初期温度差を設定すればよい。更に、CPU63が周囲温度に基づいて初期温度差を設定する方法は、周囲温度と初期温度差との関係を示すグラフを用いて初期温度差を設定する方法に限定されない。例えば、CPU63は、周囲温度と初期温度差との関係を示す演算式に、温度検出部12が検出した周囲温度を代入することによって初期温度差を算出してもよい。
Further, the
また、CPU63は、初期温度差又は前回算出した温度差と、電流検出部52が検出した電線4の電流値とを用いて、周囲温度と電線温度との温度差を算出したが、電線4の電流値を用いなくてもよい。CPU63は、初期温度差又は前回算出した温度差と、電線4に流れる電流に係る値、例えば、電線4内に設けられた抵抗の両端間の電圧とを用いて、周囲温度と電線温度との温度差を算出してもよい。
The
また、FET51はスイッチとして機能すればよいため、FET51の代わりに、Pチャネル型のFET、バイポーラトランジスタ又はリレー接点等のスイッチを用いてもよい。更には、電線4に流れる電流を遮断する構成は、電線4の中途にスイッチを設けてスイッチをオフにする構成に限定されない。
Since the
開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The disclosed embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 遮断装置
4 電線
51 FET
52 電流検出部
53 制御回路
63 CPU
1
52
Claims (3)
正の値である初期温度差を前記周囲温度に基づいて設定する設定手段を備え、
前記算出手段は、
初回の前記温度差の算出では、前記設定手段が設定した前記初期温度差を用い、
以降の前記温度差の算出では、前回算出した温度差を用いるように構成してあること
を特徴とする遮断装置。 A calculation means for repeatedly calculating the temperature difference between the ambient temperature of the electric wire and the temperature of the electric wire over time, and when the temperature obtained by adding the temperature difference calculated by the calculation means to the ambient temperature is a predetermined temperature or more In the interrupting device that interrupts the current flowing in the wire,
Setting means for setting an initial temperature difference which is a positive value based on the ambient temperature;
The calculating means includes
In the first calculation of the temperature difference, the initial temperature difference set by the setting means is used.
In the subsequent calculation of the temperature difference, the interruption device is configured to use the previously calculated temperature difference.
を特徴とする請求項1に記載の遮断装置。 The blocking device according to claim 1, wherein the setting unit is configured to set the initial temperature difference to a larger value as the ambient temperature is lower.
前記算出手段は、前記検出手段が検出した電流値I1(A)と、前回算出した温度差ΔT1(℃)とを下記式に代入することによって、温度差ΔT2(℃)を算出するように構成してあること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の遮断装置。
ΔT2=ΔT1×exp(−Δt/τ)
+Rth×R1×I12 ×(1−exp(−Δt/τ))
R1=Ro×(1+κ×(Ta+ΔT1−To))
但しRth:電線熱抵抗(℃/W)
Ro:所定温度To(℃)における電線抵抗(Ω)
Ta:前記周囲温度(℃)
τ:電線放熱時定数(s)
κ:電線抵抗温度係数(/℃)
Δt:前記算出手段の算出間隔(s) It further comprises detection means for detecting the current flowing through the electric wire,
The calculation means is configured to calculate a temperature difference ΔT2 (° C.) by substituting the current value I1 (A) detected by the detection means and the previously calculated temperature difference ΔT1 (° C.) into the following equation. The shut-off device according to claim 1 or 2, wherein the shut-off device is provided.
ΔT2 = ΔT1 × exp (−Δt / τ)
+ Rth × R1 × I1 2 × (1-exp (−Δt / τ))
R1 = Ro × (1 + κ × (Ta + ΔT1-To))
However, Rth: Wire thermal resistance (° C / W)
Ro: Wire resistance (Ω) at a predetermined temperature To (° C.)
Ta: the ambient temperature (° C.)
τ: Electric wire heat dissipation time constant (s)
κ: Wire resistance temperature coefficient (/ ° C)
Δt: Calculation interval (s) of the calculation means
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