(57)【要約】【課題】電線の温度上昇を検出し、チャタリングショート或いはレアショート発生時に確実に負荷回路を遮断することのできる負荷回路の保護装置を提供する。【解決手段】負荷４に流れる電流が上昇している場合には、通常電流である場合と過電流である場合で、それぞれ異なる手法を用いて、電線の上昇温度を算出し、且つ、負荷４に流れる電流が下降している場合には、通常電流である場合と過電流である場合で、それぞれ異なる手法を用いて、電線の下降温度を算出する。従って、通常動作時とチャタリングショート或いはレアショート発生時等の過電流時を区分して電線の温度を算出することができるので、高精度に電線の温度上昇を検出することができ、負荷回路を保護することができる。【選択図】図１
2008289297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源、スイッチ及び負荷が電線を介して接続された負荷回路の、前記負荷に流れる電流を検出し、検出した電流値に基づいて前記負荷回路を遮断する負荷回路の保護装置において、
前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で電流が検出され、検出された電流値が所定の閾値電流未満であり、且つこの電流値が上昇中である場合には、前記電線の上昇温度を、前記電流検出手段で検出された電流値と、前記電線の熱特性とに基づき、第１の手法で算出する通常時上昇温度算出手段と、
前記電流検出手段で電流が検出され、検出された電流値が前記所定の閾値電流以上であり、且つこの電流値が上昇中である場合には、前記電線の上昇温度を、前記電流検出手段で検出された電流値と、前記電源と負荷とを結ぶ導体の熱特性とに基づき、第２の手法で算出する過電流時上昇温度算出手段と、
前記電流検出手段で電流が検出されない場合、或いは、前記電流検出手段で電流が検出され、検出された電流値が前記所定の閾値電流未満であり、且つこの電流値が下降中である場合には、前記電線の下降温度を、前記電流検出手段で検出された電流値と、前記電線の熱特性とに基づき、第３の手法で算出する通常時下降温度算出手段と、
前記電流検出手段で電流が検出され、検出された電流値が所定の閾値電流以上であり、且つこの電流値が下降中である場合には、前記電線の下降温度を、前記電流検出手段で検出された電流値と、前記電源と負荷とを結ぶ導体の熱特性とに基づき、第４の手法で算出する過電流時下降温度算出手段と、
前記電流検出手段で電流が検出され、その後電流が遮断された直後、或いは電流が下降を開始した直後には、このとき発生するアークによる前記電線の上昇温度を、予め設定したマップを用いて算出するアーク上昇温度算出手段と、
前記通常時上昇温度算出手段、前記過電流時上昇温度算出手段、前記通常時下降温度算出手段、前記過電流時下降温度算出手段、及び前記アーク上昇温度算出手段により算出される上昇温度及び下降温度を積算して、前記電線の推定温度を求める推定温度算出手段と、
前記推定温度算出手段により算出される前記電線の温度が所定の閾値温度を超えたか否かを判定する温度判定手段と、
前記温度判定手段により、前記電線の温度が所定の閾値温度を超えたと判定された際に、前記負荷回路を遮断する遮断制御手段と、
を備えたことを特徴とする負荷回路の保護装置。
【請求項２】
前記電流検出手段で検出される電流値が、前記閾値電流未満である場合の、前記電線の熱特性は、該電線の熱の伝わり易さを示す熱抵抗Ｒ１、及び該電線を単位温度上昇させるために必要な熱容量Ｃ１であり、
前記電流検出手段で検出される電流値が、前記閾値電流以上である場合の、前記電源と負荷とを結ぶ導体の熱特性は、前記負荷と電源間の電線及び短絡時に生じる電流通路の熱の伝わり易さを示す熱抵抗Ｒ２、及び単位温度を上昇させるために必要な熱容量Ｃ２であることを特徴とする請求項１に記載の負荷回路の保護装置。
【請求項３】
前記通常時上昇温度算出手段は、前記第１の手法として、前記熱抵抗Ｒ１、熱容量Ｃ１を用いて、次式
【数１】
2008289297.tif 000007
但し、各記号は以下の通り。
Ｔ1   ：  電線の温度［℃］
Ｔ2   ：  周囲温度［℃］
ｉ    ：  電流［Ａ］
ｒ    ：  電線の抵抗［Ω］
Ｒ１  ：  電線の熱抵抗［℃／Ｗ］
Ｃ１  ：  電線の熱容量［Ｊ／℃］或いは［Ｗ・sec／℃］
ｔ    ：  経過時間［sec］
にて前記電線の上昇温度を算出することを特徴とする請求項２に記載の負荷回路の保護装置。
【請求項４】
前記過電流時上昇温度算出手段は、前記第２の手法として、前記熱抵抗Ｒ２、熱容量Ｃ２を用いて、次式
【数２】
2008289297.tif 000008
但し、各記号は以下の通り。
Ｔ1   ：  電線の温度［℃］
Ｔ2   ：  周囲温度［℃］
ｉ    ：  電流［Ａ］
ｒ    ：  導体の抵抗［Ω］
Ｒ２  ：  導体の熱抵抗［℃／Ｗ］
Ｃ２  ：  導体の熱容量［Ｊ／℃］或いは［Ｗ・sec／℃］
ｔ    ：  経過時間［sec］
にて前記導体の上昇温度を算出することを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の負荷回路の保護装置。
【請求項５】
前記通常時下降温度算出手段は、前記第３の手法として、前記熱抵抗Ｒ１、熱容量Ｃ１を用いて、次式
【数３】
2008289297.tif 000009
但し、各記号は以下の通り。
Ｔ1   ：  電線の温度［℃］
Ｔ2   ：  周囲温度［℃］
ｉ    ：  電流検出無し或いは電流減少した時の温度Ｔ1にて発熱が飽和する電流［Ａ］
ｒ    ：  電線の抵抗［Ω］
Ｒ１  ：  電線の熱抵抗［℃／Ｗ］
Ｃ１  ：  電線の熱容量［Ｊ／℃］或いは［Ｗ・sec／℃］
ｔ    ：  経過時間［sec］
にて前記電線の下降温度を算出することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の負荷回路の保護装置。
【請求項６】
前記過電流時下降温度算出手段は、前記第４の手法として、前記熱抵抗Ｒ２、熱容量Ｃ２を用いて、次式
【数４】
2008289297.tif 000010
但し、各記号は以下の通り。
Ｔ1   ：  電線の温度［℃］
Ｔ2   ：  周囲温度［℃］
ｉ    ：  電流検出無し或いは電流減少した時の温度Ｔ1にて発熱が飽和する電流［Ａ］
ｒ    ：  導体の抵抗［Ω］
Ｒ２  ：  導体の熱抵抗［℃／Ｗ］
Ｃ２  ：  導体の熱容量［Ｊ／℃］或いは［Ｗ・sec／℃］
ｔ    ：  経過時間［sec］
にて前記導体の下降温度を算出することを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の負荷回路の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電線の温度が上昇した際にこれを検出して負荷回路を保護する負荷回路の保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両に搭載されるランプやモータ等の負荷に電力を供給する負荷回路は、バッテリと、該バッテリと負荷との間に設けられる電子スイッチ（半導体スイッチ等）とが備えられており、バッテリ、電子スイッチ、及び負荷がそれぞれ電線を含む導体を介して接続されている。更に、電子スイッチをオン、オフ操作する制御回路が設けられており、該制御回路より出力される駆動、停止信号により、電子スイッチがオン、オフ動作して負荷の駆動、停止が切り換えられる。
【０００３】
このような負荷回路においては、負荷に過電流が流れた際に、いち早く回路を遮断して、負荷、電線、電子スイッチ等を保護するために、ヒューズ等の過電流保護機能が設けられており、一定の閾値電流を超える過電流が流れた際に、これを検出して電子スイッチをオフとし、回路を遮断する。
【０００４】
ところが、このような負荷回路では、上記した閾値電流を超える程度の過電流が流れた場合、即ち、デッドショート発生時には即時にこれを検出して回路を保護できるが、通常電流よりも大きく且つ閾値電流を超えない程度の電流が流れた場合、即ち、レアショートが発生した場合や、周期的にショートを繰り返すチャタリングショートが発生した場合には、これを検出することができないことがある。
【０００５】
このようなレアショート或いはチャタリングショートの発生時には、電線に発生するジュール熱により電線の温度が上昇し、電線の発熱量が放熱量を上回ると、電線温度が徐々に上昇し、発煙、焼損等のトラブルが発生することがある。
【０００６】
このような問題を解決するため、例えば、特開２００２−８４６５４号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。該特許文献１では、負荷に電流が流れているときには、このときの電流値を読み取ってジュール熱を算出し、負荷に電流が流れていないときには、電線からの放熱量を算出し、電源オフの直後には、電源のオフに伴って発生するアーク熱量を算出する。そして、これらの総和熱量を求め、求められた総和熱量が所定の閾値を超えたときに、回路を遮断して回路全体を保護することが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−８４６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された負荷回路の保護装置では、発熱量、及び放熱量を積算し、この積算値に応じて回路を遮断するか否かを判定するものであり、実際の電線の温度上昇を考慮しているものではない。即ち、発熱量が大きい場合でも太い電線を使用している場合には、放熱量が発熱量を上回り、大きな温度上昇が発生しない。従って、このような場合には継続した通電が可能であるにも関わらず、回路が遮断されてしまうという問題が発生する。
【０００８】
更に、これとは反対に、細い電線を使用している場合には、発熱量が小さくても大きな温度上昇が発生し、発煙、焼損に至る恐れがあるにも関わらず、円滑な回路の遮断が行われないという問題が発生する。また、閾値以上でしか機能しないため、閾値付近での検出電流のオン、オフ操作の繰り返しにより誤差が大きくなり、信頼性に欠ける。
【０００９】
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、レアショート或いはチャタリングショートの発生時に、電線の温度上昇に基づいて回路を遮断するか否かを判断し得る負荷回路の保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、電源、スイッチ及び負荷が電線を介して接続された負荷回路の、前記負荷に流れる電流を検出し、検出した電流値に基づいて前記負荷回路を遮断する負荷回路の保護装置において、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で電流が検出され、検出された電流値が所定の閾値電流未満であり、且つこの電流値が上昇中である場合には、前記電線の上昇温度を、前記電流検出手段で検出された電流値と、前記電線の熱特性とに基づき、第１の手法で算出する通常時上昇温度算出手段と、前記電流検出手段で電流が検出され、検出された電流値が前記所定の閾値電流以上であり、且つこの電流値が上昇中である場合には、前記電線の上昇温度を、前記電流検出手段で検出された電流値と、前記電源と負荷とを結ぶ導体の熱特性とに基づき、第２の手法で算出する過電流時上昇温度算出手段と、前記電流検出手段で電流が検出されない場合、或いは、前記電流検出手段で電流が検出され、検出された電流値が前記所定の閾値電流未満であり、且つこの電流値が下降中である場合には、前記電線の下降温度を、前記電流検出手段で検出された電流値と、前記電線の熱特性とに基づき、第３の手法で算出する通常時下降温度算出手段と、前記電流検出手段で電流が検出され、検出された電流値が所定の閾値電流以上であり、且つこの電流値が下降中である場合には、前記電線の下降温度を、前記電流検出手段で検出された電流値と、前記電源と負荷とを結ぶ導体の熱特性とに基づき、第４の手法で算出する過電流時下降温度算出手段と、前記電流検出手段で電流が検出され、その後電流が遮断された直後、或いは電流が下降を開始した直後には、このとき発生するアークによる前記電線の上昇温度を、予め設定したマップを用いて算出するアーク上昇温度算出手段と、前記通常時上昇温度算出手段、前記過電流時上昇温度算出手段、前記通常時下降温度算出手段、前記過電流時下降温度算出手段、及び前記アーク上昇温度算出手段により算出される上昇温度及び下降温度を積算して、前記電線の推定温度を求める推定温度算出手段と、前記推定温度算出手段により算出される前記電線の温度が所定の閾値温度を超えたか否かを判定する温度判定手段と、前記温度判定手段により、前記電線の温度が所定の閾値温度を超えたと判定された際に、前記負荷回路を遮断する遮断制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、電流検出手段にて所定の閾値電流未満となる電流が検出され、この電流値が上昇或いは定電流を維持しているときには、この電流値と、電線の熱特性に応じた、電線の上昇温度が求められる。また、電流検出手段にて所定の閾値電流以上の電流が検出され、この電流値が上昇或いは定電流を維持しているときには、この電流値と、導体（電線及び短絡経路）の熱特性に応じた、電線の上昇温度が求められる。
【００１２】
更に、電流検出手段にて電流が検出されていないとき、或いは検出した電流が所定の閾値未満で下降しているときには、電線の熱特性に応じた電線の下降温度が求められる。また、電流検出手段にて所定の閾値電流以上の電流が検出され、この電流が下降しているときには、導体（電線及び短絡経路）の熱特性に応じた電線の下降温度が求められる。
【００１３】
更に、電流が遮断された直後、或いは電流が上昇から下降に転じた直後には、このときに生じるアークによる温度上昇が求められる。
【００１４】
そして、これらをトータル的に積算することにより、電線の現在の温度を推定し、この推定温度が所定の閾値温度を超えたときに、負荷回路を遮断する。従って、電線の温度に基づいて回路を遮断するか否かが判定されるので、電線温度に応じた高精度な負荷回路の遮断制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置を含む負荷回路の構成を示す回路図であり、例えば、車両に搭載されるランプやモータ等の負荷に、車両に搭載されたバッテリよりの電力を供給して駆動するための回路である。
【００１６】
同図に示すように、負荷回路１は、車両に搭載されるバッテリ（電源）２と、ランプやモータ等の負荷４と、バッテリ２と負荷４との間に設けられ、負荷４への電力の供給、停止を切り換えるＭＯＳＦＥＴ等の電子スイッチ（スイッチ）３とを備えている。
【００１７】
また、負荷４に流れる電流を検出する電流計（電流検出手段）５と、電子スイッチ３のオン、オフを制御する制御回路６を備えている。更に、バッテリ２と電子スイッチ３との間、及び電子スイッチ３と負荷４との間は、電線７にて接続されている。ここで、本実施形態に係る負荷回路の保護装置１０は、電子スイッチ３と、電流計５と、制御回路６により構成される。
【００１８】
図２は、制御回路６の詳細な構成を示す機能ブロック図であり、同図に示すように、制御回路６は、上昇温度算出部６１と、下降温度算出部６２と、アーク上昇温度算出部（アーク上昇温度算出手段）６３と、推定温度算出部６４と、温度判定部（温度判定手段）６５と、スイッチ制御部（遮断制御手段）６６と、メモリ６４ａを備えている。
【００１９】
上昇温度算出部６１は、電流計５で検出される電流値が所定の閾値電流（例えば、１０Ａ）未満であるときの電線７の上昇温度を算出する通常時上昇温度算出手段６１ａと、電流計５で検出される電流値が所定の閾値電流以上であるときの電線７の上昇温度を算出する過電流時上昇温度算出手段６１ｂとを有している。なお、所定の閾値電流は１０Ａに限定されるものではない。
【００２０】
通常時上昇温度算出手段６１ａは、電子スイッチ３がオンとされているときの電流値が所定の閾値電流未満で上昇している場合に、このとき電流計５により検出される電流値、及び予め設定されている電線７の熱特性（後述する熱抵抗Ｒ１及び熱容量Ｃ１）に基づいて、所定のサンプリング時間（例えば、５msec）毎の電線７の上昇温度を算出する。
【００２１】
また、過電流時上昇温度算出手段６１ｂは、電子スイッチ３がオンとされ、負荷４に短絡事故等に起因する過電流が流れ、且つこの過電流が上昇しているときの電流値、及び予め設定されている電線７、及び短絡事故の原因となる接触導体の合計の熱特性（後述する熱抵抗Ｒ２及び熱容量Ｃ２）に基づいて、所定のサンプリング時間毎の電線７の上昇温度を算出する。
【００２２】
下降温度算出部６２は、電流計５で検出される電流値が所定の閾値電流未満であるときの電線７の下降温度を算出する通常時下降温度算出手段６２ａと、電流計５で検出される電流値が所定の閾値電流以上であるときの電線７の下降温度を算出する過電流時下降温度算出手段６２ｂとを有している。
【００２３】
通常時下降温度算出手段６２ａは、電子スイッチ３がオフとされている場合、或いは電子スイッチ３がオンとされているときの電流値が、所定の閾値電流未満で下降している場合に、このとき電流計５により検出される電流値、及び予め設定されている電線７の熱特性（後述する熱抵抗Ｒ１及び熱容量Ｃ１）に基づいて、所定のサンプリング時間毎の電線７の下降温度を算出する。
【００２４】
また、過電流時下降温度算出手段６２ｂは、電子スイッチ３がオンとされ、負荷４に短絡事故等に起因する過電流（所定の閾値電流以上の電流）が流れ、且つこの過電流が下降しているときの電流値、及び予め設定されている電線７、及び短絡事故の原因となる接触導体の合計の熱特性（後述する熱抵抗Ｒ２及び熱容量Ｃ２）に基づいて、所定のサンプリング時間毎の電線７の下降温度を算出する。
【００２５】
アーク上昇温度算出部６３は、電子スイッチ３がオフとされた直後、或いは、負荷４に過電流が流れている際に、この電流値が上昇から下降に転じた直後に、このときの電流計５により検出される電流値、及び予め設定されている電線７の熱特性に基づいて、所定のサンプリング時間毎の電線７の上昇温度を算出する。
【００２６】
具体的には、アーク上昇温度算出部６３は、図６に示す如くの、電流値ｉと上昇温度Ｑ（ｉ）との関係を示すアーク対応マップを備えており、電子スイッチ３がオフとされた直後、及び負荷に流れる電流値が上昇から下降に転じた場合には、この直前の電流値をアーク対応マップに当てはめることにより、上昇温度を求める。
【００２７】
推定温度算出部（推定温度算出手段）６４は、上述した上昇温度算出部６１（通常時上昇温度算出手段６１ａ、及び過電流時上昇温度算出手段６１ｂ）で算出された所定のサンプリング時間毎の上昇温度、及び、下降温度算出部６２（通常時下降温度算出手段６２ａ、及び過電流時下降温度算出手段６２ｂ）で算出された所定のサンプリング時間毎の下降温度、及びアーク上昇温度算出部６３で算出された所定のサンプリング時間毎の上昇温度を積算して、現在における電線７の推定温度を算出する。算出した推定温度は、メモリ６４ａに記憶される。
【００２８】
温度判定部６５は、上述した推定温度算出部６４で算出された電線７の推定温度Ｔnowと、予め設定した許容温度（所定の閾値温度）Ｔthとを比較し、推定温度Ｔnowが許容温度Ｔth以上である（Ｔnow≧Ｔth）と判定した場合に、スイッチ制御部６６に回路遮断指令信号を出力する。
【００２９】
スイッチ制御部（遮断制御手段）６６は、温度判定部６５より、上記の回路遮断指令信号が出力された際に、電子スイッチ３をオフとして負荷４への電流の供給を停止させ、回路を保護する。
【００３０】
なお、上記した制御回路６の機能の構成は、負荷回路１にレアショート或いはチャタリングショートが発生したときに対応するための回路構成のみを示したものであり、デッドショート発生時の遮断回路については省略している。
【００３１】
次に、上昇温度算出部６１、下降温度算出部６２、及びアーク上昇温度算出部６３における上昇温度或いは下降温度を算出する際に用いるアルゴリズム（Ａ−１、第１の手法）、（Ａ−２、第２の手法）、（Ｂ−１、第３の手法）、（Ｂ−２、第４の手法）、（Ｃ−１）について説明する。
【００３２】
（Ａ−１）通常時上昇温度算出手段６１ａによる上昇温度の算出
電線７に、通常電流（所定の閾値電流（例えば、１０Ａ）未満の電流）が流れ、且つこの電流値が上昇中である場合の、発熱に伴う電線７の温度Ｔ1は、次の（１）式で示される。
【数５】
2008289297.tif 000003
【００３３】
ここで、各記号は以下の通りである。
【００３４】
Ｔ1   ：  電線の温度［℃］
Ｔ2   ：  周囲温度［℃］
ｉ    ：  電流［Ａ］
ｒ    ：  電線の抵抗［Ω］
Ｒ１  ：  電線の熱抵抗［℃／Ｗ］
Ｃ１  ：  電線の熱容量［Ｊ／℃］或いは［Ｗ・sec／℃］
ｔ    ：  経過時間［sec］
（１）式において、周囲温度Ｔ2は、通常の環境下では２５℃、エンジンルーム等の高温環境下では８５℃等に設定される。即ち、周囲温度Ｔ2は固定値である。電流ｉは電流計５により測定される値である。抵抗ｒは電線７の抵抗であり定数である。熱抵抗Ｒ１は、電線７の熱の伝わり易さを示す値であり、電線７の材質、太さ、形状等に基づく固有の値である。熱容量Ｃ１は、電線７の温度を１℃上昇させるために必要な熱量であり、電線の材質、太さ、形状等に基づく固有の値である。従って、電流ｉと時間ｔが決定されると、（１）式を用いることにより、電線７の現在の温度Ｔ1を求めることができる。
【００３５】
（Ａ−２）過電流時上昇温度算出手段６１ｂによる上昇温度の算出
電線７に、過電流（所定の閾値電流（例えば、１０Ａ）以上の電流）が流れ、且つこの電流値が増加中である場合の、発熱に伴う電線７の温度Ｔ1は、次の（２）式で示される。
【数６】
2008289297.tif 000004
【００３６】
ここで、各記号は以下の通りである。
【００３７】
Ｔ1   ：  電線の温度［℃］
Ｔ2   ：  周囲温度［℃］
ｉ    ：  電流［Ａ］
ｒ    ：  導体の抵抗［Ω］
Ｒ２  ：  導体の熱抵抗［℃／Ｗ］
Ｃ２  ：  導体の熱容量［Ｊ／℃］或いは［Ｗ・sec／℃］
ｔ    ：  経過時間［sec］
（２）式において、周囲温度Ｔ2は上述と同様であり、例えば、２５℃、８５℃等に設定される固定値である。抵抗ｒは定数である。熱抵抗Ｒ２は、電線７を含む導体の熱の伝わり易さを示す値であり、電線７の材質、太さ、形状等に基づく固有の値を含む導体の値である。熱容量Ｃ２は、電線７を含む導体の温度を１℃上昇させるために必要な熱量であり、電線の材質、太さ、形状等に基づく固有の値を含む導体の値である。ここで、上記の「導体」について説明する。
【００３８】
過電流が発生している場合には、電線７が部分的、或いは、断続的に車両のボディー等の金属に接触するチャタリングショート或いはレアショートが生じているものと想定できる。この場合には、電線７を含む短絡経路全体を経由して電流が流れることになる。従って、（２）式では、電流が流れることに寄与する電流経路を導体として、熱抵抗Ｒ２、熱容量Ｃ２を設定している。この場合、短絡事故の発生位置に応じて、熱抵抗、及び熱容量は異なり、一定値とはならない。しかし、本発明者の鋭意検討により、電線が設置される環境に基づき、熱抵抗、及び熱容量を一定値とても、ほぼ正確な上昇温度の測定が可能であることを見い出した。
【００３９】
従って、本実施形態では、過電流発生時における導体の熱抵抗Ｒ２、及び熱容量Ｃ２を一定値としている。上記の内容から、過電流発生時においても、電流ｉと時間ｔが決定されると、（２）式を用いることにより、電線７の現在の温度Ｔ1を求めることができる。
【００４０】
（Ｂ−１）通常時下降温度算出手段６２ａによる下降温度の算出
電線７に、電流が流れていない場合、或いは、通常電流（所定の閾値電流未満の電流）が流れ、且つこの電流値が下降中である場合の、放熱に伴う電線７の温度Ｔ1は、次の（３）式で示される。
【数７】
2008289297.tif 000005
【００４１】
ここで、各記号は以下の通りである。
【００４２】
Ｔ1   ：  電線の温度［℃］
Ｔ2   ：  周囲温度［℃］
ｒ    ：  電線の抵抗［Ω］
Ｒ１  ：  電線の熱抵抗［℃／Ｗ］
Ｃ１  ：  電線の熱容量［Ｊ／℃］或いは［Ｗ・sec／℃］
ｔ    ：  経過時間［sec］
（３）式において、周囲温度Ｔ2は、固定値である。また、「ｉ」は、電流が遮断された直前の電流値、或いは、電流計５で検出される電流値が下降を開始したときの、電線７の温度（上記の（１）式で求められる温度Ｔ1）にて発熱が飽和する電流［Ａ］であり、電線７の温度が飽和状態である場合には、電流が遮断されたとき或いは検出される電流値が下降を開始する直前の電流［Ａ］となる。詳細については後述する。従って、電流ｉと時間ｔが決定されると、（３）式を用いることにより、電線７の現在の温度Ｔ1を求めることができる。
【００４３】
（Ｂ−２）過電流時下降温度算出手段６２ｂによる下降温度の算出
電線７に、過電流（所定の閾値電流以上の電流）が流れ、且つこの電流値が下降中である場合の、放熱に伴う電線７の温度Ｔ1は、次の（４）式で示される。
【数８】
2008289297.tif 000006
【００４４】
ここで、各記号は以下の通りである。
【００４５】
Ｔ1   ：  電線の温度［℃］
Ｔ2   ：  周囲温度［℃］
ｒ    ：  導体の抵抗［Ω］
Ｒ２  ：  導体の熱抵抗［℃／Ｗ］
Ｃ２  ：  導体の熱容量［Ｊ／℃］或いは［Ｗ・sec／℃］
ｔ    ：  経過時間［sec］
（４）式において、周囲温度Ｔ2は固定値である。また、「ｉ」は、電流計５で検出される電流値が下降したときの、電線７の温度（上記の（２）式で求められる温度Ｔ1）にて発熱が飽和する電流［Ａ］であり、電線７の温度が飽和状態である場合には、電流計５で検出される電流値が下降する直前の電流［Ａ］となる。詳細については後述する。従って、電流ｉと時間ｔが決定されると、（４）式を用いることにより、電線７の現在の温度Ｔ1を求めることができる。
【００４６】
（Ｃ−１）アーク上昇温度算出部６３による上昇温度の算出
電流が流れている状態から電流が遮断された直後、或いは電流が上昇から下降に転じた直後には、アークの発生に起因して電線７の温度が上昇する。アーク上昇温度算出部６３は、電流が下降を開始する直前の電流ｉと、上昇温度Ｑ（ｉ）との関係を示すアーク対応マップ（図６参照）を予め記憶しており、このアーク対応マップを参照して上昇温度Ｑ（ｉ）を求め、次の（５）式を用いて、電線７の温度Ｔ1を求める。
【００４７】
Ｔ1＝Ｔnow＋Ｑ（ｉ）      ・・・（５）
ここで、Ｔnowは、前回のサンプリング時に求められた電線７の温度Ｔ1である。
【００４８】
次に、上述のように構成された本実施形態に係る制御回路６の動作について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、本フローチャートに示す処理は、例えば、５［msec］のサンプリング時間で周期的に実行される。
【００４９】
まず、電流計５の出力に基づき、負荷回路１に電流が流れているか否かが判定される。即ち、電子スイッチ３がオンとされて、バッテリ２と負荷４が電気的に接続され、電線７に電流が流れているか否かが判定される（ステップＳ１）。
【００５０】
そして、電流が検出されたと判定された場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、検出された電流値が通常電流であるか、或いは短絡事故等の発生時に流れる過電流であるかが判定される（ステップＳ２）。本実施形態では、通常電流と過電流を区別する閾値電流を、例えば、１０Ａに設定する。即ち、電流計５で検出される検出電流が１０Ａ未満である場合には、通常電流であると判定し、１０Ａ以上である場合には、過電流であると判定する。なお、本発明は、閾値電流が１０Ａに限定されるものではない。
【００５１】
電流計５で検出された電流値が通常電流であると判定された場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、今回のサンプリング時の電流値と前回のサンプリング時の電流値とを比較する（ステップＳ３）。
【００５２】
その結果、今回検出された電流値が前回検出された電流値以上であると判定された場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、即ち、負荷４に流れる電流が上昇中であるか、或いは定電流で安定していると判定された場合には、通常時上昇温度算出手段６１ａは、タイマを作動させて時間経過を計時すると共に、電流計５で検出された電流値ｉと、タイマにより計時される経過時間に基づき、上述したアルゴリズム（Ａ−１）に示した（１）式を用いて、電線７の温度Ｔ1を算出する（ステップＳ９）。なお、（１）式における周囲温度Ｔ2は初期温度として、例えば、２５℃等の値を設定する。
【００５３】
次いで、推定温度算出部６４は、上記のステップＳ９で算出された温度Ｔ1を現在の電線７の推定温度Ｔnowとしてメモリ６４ａに記憶保存する（ステップＳ１６）。その後、処理をステップＳ１７に移行する。
【００５４】
また、今回のサンプリング時に検出された電流値が、前回のサンプリング時に検出された電流値未満となった場合には（ステップＳ３でＮＯ）、前回のサンプリング時に検出された電流値が過電流（即ち、１０Ａ以上の電流）であったか否かが判定される（ステップＳ４）。その結果、前回のサンプリング時に検出された電流値が過電流であったと判定された場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、即ち、短絡事故等に起因して過電流が流れている状態から、電流が下降して通常電流の範囲内まで低下した場合には、この電流の下降が初回であるか否か、換言すれば、電流の下降開始直後であるか否かが判定される（ステップＳ５）。
【００５５】
そして、初回である場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、電流の下降に伴ってアークが発生したものと判定し、図６に示したアーク対応マップに基づいて、上昇温度Ｑ（ｉ）を求める。このときの電流値「ｉ」は、検出電流が下降を開始する直前の電流である。即ち、アーク上昇温度算出部６３は、負荷回路１に過電流が流れている状態で、この電流値が上昇から下降に転じた直後には、アークによる発熱が発生したものと判定し、上述したアルゴリズム（Ｃ−１）を用いて、電線の温度Ｔ1を算出する（ステップＳ１０）。
【００５６】
次いで、ステップＳ１６において、推定温度算出部６４は、上記の処理で求められた上昇温度Ｑ（ｉ）を、メモリ６４ａに記憶されている電線７の温度（前回のサンプリング時に算出された電線７の温度Ｔnow）に加算し、電線７の温度を更新する。即ち、メモリに記憶されている前回のサンプリング時に算出された電線７の推定温度Ｔnowに、上記した上昇温度Ｑ（ｉ）を加算して現在の電線７の温度Ｔ1を求め、これを新たな推定温度Ｔnowとしてメモリ６４ａに記憶する。その後、ステップＳ１７に処理を移行する。
【００５７】
また、ステップＳ４、或いはステップＳ５の処理でＮＯの場合、即ち、前回のサンプリング時に検出された電流値が過電流でない場合、或いは前回のサンプリング時に検出された電流値が過電流であるけれども、電流値の下降開始直後でない場合には、上述したアルゴリズム（Ｂ−１）に示した（３）式に基づいて、下降温度を算出する（ステップＳ１１）。
【００５８】
この処理では、初期的な処理としてタイマをリセットし、タイマの計時を開始する。そして、上述した（３）式に、タイマにより計時される経過時間ｔ、電流ｉ、及び周囲温度Ｔ2を代入することにより、現在の電線７の推定温度Ｔ1を算出する。
【００５９】
この際、上述したように（３）式の電流「ｉ」は、電流が遮断されたとき、或いは電流の下降が開始したときの電線７の温度Ｔ1で、発熱が飽和する電流である。また、電線７の温度Ｔ1が既に飽和状態である場合には、電流「ｉ」は、電流が遮断される直前、或いは電流の下降が開始する直前の電流となる。
【００６０】
以下、上記（３）式の電流「ｉ」を、図４，図５を参照してより詳細に説明する。いま、周囲温度（電線７の初期的な温度）がＴ21であるときに、電流Ｉ１が継続して上昇すると、上述した（１）式に示した特性で電線７の温度が上昇し、ある一定の温度Ｔ11で飽和する。これを特性図で示すと、図４（ａ）に示す曲線ｓ１の如くとなり、温度Ｔ21から時間の経過と共に温度が徐々に上昇し、温度Ｔ11に収束する。つまり、温度Ｔ11で飽和する。
【００６１】
具体的には、（１）式に基づき、ｔ＝∞として、次の（６）式に示す温度Ｔ11に収束する。
【００６２】
Ｔ11＝Ｔ21＋ｉ2・ｒ・Ｒ        ・・・（６）
そして、電線７の温度が温度Ｔ11で飽和しているときに、電流が遮断されたか、或いは電流が下降を開始した場合には、（３）式では、温度Ｔ11で電線７の温度が飽和する電流、即ち、電流が遮断されたとき、或いは電流の下降が開始する直前の電流Ｉ１が「ｉ」として設定される。従って、図４（ｂ）の曲線ｓ２に示すように、同図（ａ）の曲線ｓ１を上下反対にした特性で、電線７の温度が下降し、最終的に周囲温度Ｔ21に収束するように変化する。
【００６３】
また、電線７の温度が飽和していないときに、電流が遮断されたか、或いは電流が下降を開始した場合、即ち、図５（ａ）に示すように、曲線ｓ１が温度Ｔ11に収束する前の、例えば時刻ｔ１で電流が検出されなくなったか、或いは電流が下降を開始した場合には、この時点の温度Ｔ12で電線７の温度が飽和する電流が、電流「ｉ」として設定される。つまり、電線７の温度が温度Ｔ12で飽和する電流Ｉ２を求め（曲線ｓ３参照）、この電流Ｉ２が（３）式の電流「ｉ」となる。
【００６４】
従って、放熱特性は、曲線ｓ３を上下反対にした特性を有することになり、図５（ｂ）に示す曲線ｓ４に示すように、電線７の温度が下降する特性曲線となる。
【００６５】
そして、図３のステップＳ１１で、上述した（２）式により下降温度が算出されると、ステップＳ７において、推定温度算出部６４のメモリ６４ａに記憶されている現在の電線７の推定温度Ｔnowが更新される。
【００６６】
次に、電流計５で検出された電流値が過電流である場合について説明する。電流計５で検出された電流値が所定の閾値電流である１０Ａ未満でない場合には（ステップＳ２でＮＯ）、この検出電流が過電流であるか否かが判定され（ステップＳ６）、過電流である場合には（ステップＳ６でＹＥＳ）、今回のサンプリング時に検出された電流値と前回のサンプリング時に検出された電流値とを比較する（ステップＳ７）。
【００６７】
そして、今回検出された電流値が前回検出された電流値以上であると判定された場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、即ち、負荷４に流れる電流（過電流）が、上昇しているか、或いは定電流で安定していると判定された場合には、過電流時上昇温度算出手段６１ｂは、タイマを作動させて時間経過を計時すると共に、電流計５で検出された電流値ｉと、タイマにより計時される経過時間に基づき、上述したアルゴリズム（Ａ−２）に示した（２）式を用いて、電線７の温度Ｔ1を算出する（ステップＳ１２）。
【００６８】
その後、算出した電線７の温度Ｔ1を推定温度Ｔnowとしてメモリ６４ａに記憶し（ステップＳ１６）、この処理が終了したら、ステップＳ１７に処理を移行する。
【００６９】
また、過電流が検出されており、今回のサンプリング時に検出された電流値が、前回のサンプリング時に検出された電流値未満となった場合、即ち、電流が下降した場合には（ステップＳ７でＮＯ）、この電流の下降が初回であるか否かが判定される（ステップＳ８）。
【００７０】
そして、初回である場合には（ステップＳ８でＹＥＳ）、電流の下降に伴ってアークが発生したものと判定し、図６に示したアーク対応マップに基づいて、上昇温度Ｑ（ｉ）を求める。このときの電流値「ｉ」は、電流が下降を開始する直前の電流である。即ち、アーク上昇温度算出部６３は、負荷回路１に過電流が流れている状態で、この電流値が上昇から下降に転じた直後には、アークによる発熱が発生したものと判定し、上述したアルゴリズム（Ｃ−１）を用いて、このときの上昇温度Ｑ（ｉ）を求める（ステップＳ１３）。
【００７１】
その後、推定温度算出部６４は、上記の処理で求められた上昇温度Ｑ（ｉ）を、メモリ６４ａに記憶されている電線７の温度Ｔnowに加算し、電線７の温度を更新する（ステップＳ１６）。この処理が終了したら、ステップＳ１７に処理を移行する。
【００７２】
また、上記のステップＳ８の処理でＮＯの場合、即ち、前回のサンプリング時に検出された電流値が過電流であり、且つ、電流の下降開始直後でない場合には、上述したアルゴリズム（Ｂ−２）に示した（４）式に基づいて、下降温度を算出する（ステップＳ１４）。この際、（４）式に代入する電流「ｉ」の設定方法は、前述した図４，図５で説明した方法と同様である。
【００７３】
その後、算出した電線７の温度Ｔ1を推定温度Ｔnowとしてメモリ６４ａに記憶し（ステップＳ１６）、この処理が終了したら、ステップＳ１７に処理を移行する。
【００７４】
他方、電流計５で電流が検出されない場合、即ち、電子スイッチ３がオフである場合には（ステップＳ１でＮＯ）、上述したアルゴリズム（Ｂ−１）に示した（３）式を用いて、電線７の下降温度を算出する（ステップＳ１５）。
【００７５】
その後、算出した電線７の温度Ｔ1を推定温度Ｔnowとしてメモリ６４ａに記憶し（ステップＳ１６）、この処理が終了したら、ステップＳ１７に処理を移行する。
【００７６】
上述したように、ステップＳ１６の処理により、メモリ６４ａには、負荷電流が上昇しているときの温度上昇、アーク発生時の温度上昇、及び負荷電流オフ或いは下降しているときの放熱を全て考慮して求められる、電線７の推定温度Ｔnowが記憶保存されることになる。
【００７７】
ステップＳ１７では、温度判定部６５により、上記のメモリ６４ａに記憶されている電線７の推定温度Ｔnowと、電線７が発煙しない程度に設定された許容温度（所定の閾値温度）Ｔthとが比較され（ステップＳ１７）、推定温度Ｔnowが許容温度Ｔth未満である場合（推定温度Ｔnow＜許容温度Ｔth）には（ステップＳ１７でＮＯ）、ステップＳ１に処理を戻す。
【００７８】
他方、推定温度Ｔnowが許容温度Ｔth以上である場合（推定温度Ｔnow≧許容温度Ｔth）には（ステップＳ１７でＹＥＳ）には、温度判定部６５は、スイッチ制御部６６に回路遮断指令信号を出力する。そして、スイッチ制御部６６は、電子スイッチ３を遮断し、負荷４への電流の供給を遮断する（ステップＳ１８）。即ち、電線７の温度が許容温度に達する前の時点で、電子スイッチ３を遮断し、負荷回路１全体を保護する。
【００７９】
その後、電線７の推定温度Ｔnowが雰囲気温度（例えば、２５℃）以下となったか否かが判定され（ステップＳ１９）、雰囲気温度以下でない場合には（ステップＳ１９でＮＯ）、ステップＳ１〜Ｓ１７の処理を繰り返し、電線７の推定温度Ｔnowが雰囲気温度以下となった場合に、本処理を終了する。
【００８０】
こうして、電流計５による検出電流の大きさ、電流値の増減、アークの発生に基づいた電線７の推定温度Ｔnowの測定が可能となり、この推定温度Ｔnowを用いることにより、負荷回路を確実に保護することができるのである。
【００８１】
このようにして、本実施形態に係る負荷回路の保護装置では、負荷４に流れる電流が通常電流で上昇しているときには、上記した（１）式を用いて電線７の温度を検出し、負荷４に流れる電流が過電流で上昇しているときには、上記した（２）式を用いて電線７の温度を検出し、また、電流がゼロ、或いは電流が通常電流で下降しているときには、上記した（３）式を用いて電線７の温度を検出し、電流が過電流で下降しているときには、上記した（４）式を用いて電線７の温度を検出し、更に、アークが発生したときの温度上昇を（５）式により加算して、トータル的に現在の電線７の温度を推定している。
【００８２】
そして、現在の電線７の推定温度Ｔnowが、発煙を生じる許容温度Ｔthに達した時点で電子スイッチ３をオフとし、回路を保護する。つまり、電線７の熱抵抗Ｒ１、熱容量Ｃ１といった電線７の固有の特性、及び、ショートが発生した場合には、短絡経路となる導体の熱抵抗Ｒ２、熱容量Ｃ２を用いて電線７の実際の温度を推定し、回路を遮断するか否かを判定しているので、電線７が発煙する前の時点で確実に回路を遮断して、負荷回路及び電線７を保護することができる。また、継続的な通電が可能である、極めて少ない発熱でむやみに負荷回路１が遮断されるというトラブルの発生を回避することができる。
【００８３】
更に、負荷４に流れる電流がゼロ、或いは下降を開始したときには、この条件となる直前の温度で飽和する電流値を、上述の（３）式、（４）式に当てはめることにより、放熱による下降温度を算出するので、極めて高精度に下降温度を求めることができ、電線７の温度を高精度に求めることができ、ひいてはチャタリングショート或いはレアショートが発生した場合であっても、電線７が発煙する前の時点で確実に回路を遮断することができる。
【００８４】
以上、本発明の負荷回路の保護装置を図示の実施形態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。
【００８５】
例えば、上述した実施形態では、負荷回路の保護装置が、車両に搭載されるランプ、モータ等の負荷を駆動する負荷回路１に用いられる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の負荷回路についても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
チャタリングショート或いはレアショートが発生した際に、これを確実に検出して回路を保護する上で極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置が用いられた負荷回路の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示した制御回路の具体的な構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る負荷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４】時間経過に伴う電線温度の変化を示す特性図であり、（ａ）は電流上昇時、（ｂ）は温度が飽和した後の電流ゼロ、或いは電流下降時を示す。
【図５】時間経過に伴う電線温度の変化を示す特性図であり、（ａ）は電流上昇時、（ｂ）は温度が飽和する前に電流が下降した時の変化を示す。
【図６】アーク上昇温度算出部に設定されているアーク対応マップを示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  負荷回路
２  バッテリ
３  電子スイッチ
４  負荷
５  電流計（電流検出手段）
６  制御回路
７  電線
１０    負荷回路の保護装置
６１    上昇温度算出部
６１ａ  通常時上昇温度算出手段
６１ｂ  過電流時上昇温度算出手段
６２    下降温度算出部
６２ａ  通常時下降温度算出手段
６２ｂ  過電流時下降温度算出手段
６３    アーク上昇温度算出部（アーク上昇温度算出手段）
６４    推定温度算出部（推定温度算出手段）
６４ａ  メモリ
６５    温度判定部（温度判定手段）
６６    スイッチ制御部（遮断制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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