本发明涉及电线保护装置。
背景技术：
以往，有算出电线的温度并断开负载电路的技术。专利文献1公开了负载电路的保护装置的技术，在流过负载的电流上升时，基于电线或者接触导体的热特性(热电阻、热容)算出电线的上升温度，在电弧产生时，算出电弧所导致的温度上升，并且，在流过负载的电流为零或者减少时，基于电线的热特性算出电线的下降温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-295776号公报
技术实现要素：
本发明欲解决的问题
关于保护电线的技术存在进一步改良的余地。例如，在电线的推定温度低于电线的实际温度时，断开通电的时机有可能延迟。期望能够适当进行电线的温度推定并保护电线。
本发明的目的在于提供一种能够适当保护电线的电线保护装置。
用于解决问题的方案
本发明的电线保护装置的特征在于，包括：电压调节部，对电源侧的电压进行调压并供给至负载；控制部，具有温度计算部，根据流过所述电压调节部的电流值来计算将所述电源与所述负载连接的电线的温度信息，所述控制部基于所述温度信息，使所述电压调节部成为将所述电源与所述负载断开的断开状态，所述温度信息是根据基于所述电流值的温度变化量和预先决定的所述温度信息的初始值计算的，所述控制部在睡眠条件成立时，向睡眠状态转移，所述睡眠条件包括所述温度信息为比所述初始值更低温侧的值的条件，所述控制部从所述睡眠状态返回时的所述初始值是基于以稳态电流的最大值对所述电线进行通电的情况下的所述电线的温度的收敛值的值。
发明的效果
本发明所涉及的电线保护装置包括：对电源侧的电压调压并供给至负载的电压调节部；具有根据流过电压调节部的电流值计算将电源与负载连接的电线的温度信息的温度计算部，基于温度信息使电压调节部成为将电源与负载断开的断开状态的控制部。温度信息是根据基于电流值的温度变化量和预先决定的温度信息的初始值计算的。控制部在包含温度信息是比初始值更低温侧的值的条件的睡眠条件成立时，向睡眠状态转移。控制部从睡眠状态返回时的初始值是基于以稳态电流的最大值对电线进行的通电的情况下的电线的温度的收敛值的值。本发明所涉及的电线保护装置取得的效果是：能够抑制由温度计算部计算的温度信息低于电线的实际的温度，适当保护电线。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的电线保护装置的图。
图2是实施方式所涉及的断开判定的说明图。
图3是示出实施方式所涉及的电线保护装置的动作的时序图。
图4是示出实施方式所涉及的电线保护装置的动作的其他时序图。
图5是示出比较例的动作的时序图。
附图标记的说明
1：电线保护装置
2：控制部
3：电压调节部
4：开关
5：电线
6：故障安全回路
7：或门电路
11：电源
12：负载
20a：指令信号输入端口
20b：控制信号输出端口
20c：电流信号输入端口
20d：监察信号输出端口
21：输入判定部
22：唤醒判定部
23：睡眠判定部
24：初始值储存部
25：温度计算部
26：断开判定部
27：逻辑电路
30a：信号输入端口
30b：输入部
30c：输出部
30d：信号输出端口
31：半导体开关元件
32：电流传感器电路
61：停止判定电路
62：逻辑电路
tamb：周围温度
tc：比较例的推定温度
tini：初始值
tr：实际温度
tsh：断开温度(阈值)
tslp：睡眠阈值
tv：收敛温度
tw：推定温度
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式所涉及的电线保护装置。此外，本发明不限于本实施方式。另外，下述的实施方式的构成要素包含本领域技术人员能够容易想到的要素或者实质上相同的要素。
[实施方式]
参照图1至图5，说明实施方式。本实施方式涉及电线保护装置。图1是示出实施方式所涉及的电线保护装置的图；图2是实施方式所涉及的断开判定的说明图；图3是示出实施方式所涉及的电线保护装置的动作的时序图；图4是示出实施方式所涉及的电线保护装置的动作的其他时序图；图5是示出比较例的动作的时序图。
如图1所示，本实施方式所涉及的电线保护装置1具有电压调节部3、控制部2、故障安全电路6、或门电路7。电线保护装置1搭载在车辆，对车辆的电负载(以下仅称作“负载”)12进行电力供给。由电线保护装置1供给电力的负载12例如是车辆的头灯等灯。电线保护装置1利用电压调节部3控制对负载12的供给电压，并且通过软件方式断开对负载12的电力供给。电线保护装置1基于流过电压调节部3的电流值来推定电线的发热量和散热量，基于该推定结果断开对负载12的电力供给。下面详细说明本实施方式的电线保护装置1。
本实施方式的电压调节部3是半导体继电器，具有信号输入端口30a、输入部30b、输出部30c、信号输出端口30d、半导体开关元件31和电流传感器电路32。信号输入端口30a经由或门电路7与控制部2的控制信号输出端口20b电连接。输入部30b与车辆的电源11电连接。电源11例如是电池等二次电池。输出部30c与负载12电连接。
半导体开关元件31存在于输入部30b与输出部30c之间。半导体开关元件31根据控制信号的on/off，执行或者停止对负载12的电力供给。半导体开关元件31例如是mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。电压调节部3利用未图示的控制电路对半导体开关元件31进行占空比控制。对半导体开关元件31的占空比控制例如是pwm控制。控制电路基于来自电源11的输入电压、对负载12的供给电压的目标值，决定占空比控制的占空比。该占空比被决定为对于负载12的有效电压为供给电压的目标值。
电流传感器电路32检测经由半导体开关元件31流过的电流值。换言之，电流传感器电路32检测经由电压调节部3从电源11流向负载12的电流值。示出电流传感器电路32的检测结果的信号从信号输出端口30d输出。信号输出端口30d与控制部2的电流信号输入端口20c电连接。
控制部2控制电压调节部3的工作/停止。控制部2例如是微型计算机等控制装置、控制电路。控制部2具有计算部、储存部、通信部等，具有用于执行本实施方式的动作的程序、电路构成。控制部2具有指令信号输入端口20a、控制信号输出端口20b、电流信号输入端口20c、监察信号输出端口20d、输入判定部21、唤醒判定部22、睡眠判定部23、初始值储存部24、温度计算部25、断开判定部26和逻辑电路27。
指令信号输入端口20a是输入使负载12工作的指令信号的端口。控制信号输出端口20b是输出对于电压调节部3的控制信号的端口。电流信号输入端口20c是输入关于由电流传感器电路32检测的电流值的信号的端口。监察信号输出端口20d是输出监察信号的端口。控制部2定期地从监察信号输出端口20d输出监察信号。
在指令信号输入端口20a电连接有搭载在车辆的开关4。开关4例如由车辆的驾驶者操作。对于开关4进行了用于使负载12工作的操作输入时，开关4从停止指令状态切换至工作指令状态。开关4的停止指令状态和工作指令状态的切换例如是接地/非接地的切换。进行了工作指令的操作输入的开关4维持工作指令状态，直到进行了工作停止用的操作输入。
输入判定部21与指令信号输入端口20a电连接。输入判定部21输出与开关4的状态相应的信号。更具体而言，输入判定部21在开关4为工作指令状态的情况下输出on信号，在开关4为停止指令状态的情况下输出off信号。
唤醒判定部22检测控制部2从停止状态迁移到通常动作。控制部2的停止状态包含睡眠状态、电源电压的下降所导致的工作停止的状态。唤醒判定部22例如基于睡眠判定部23的输出信号、监察信号，判定控制部2是否转移至通常动作。唤醒判定部22在检测到控制部2向通常动作转移的情况下，输出唤醒on信号。另一方面，唤醒判定部22在检测到控制部2的停止状态的情况下，输出唤醒off信号。唤醒判定部22的输出信号传送到温度计算部25。
睡眠判定部23判定睡眠条件是否成立。本实施方式的睡眠条件是输入判定部21的输出信号为off，且后述电线5的推定温度tw为比睡眠阈值tslp更低温侧的值。此外，温度相关的条件可以为“推定温度tw≤睡眠阈值tslp”。睡眠阈值tslp例如是后述的初始值tini。睡眠判定部23在睡眠条件成立的情况下，输出睡眠on信号。另一方面，睡眠判定部23在睡眠条件不成立的情况下，输出睡眠off信号。睡眠判定部23的输出信号传送到唤醒判定部22。控制部2在从睡眠判定部23输出睡眠on信号时，转移至睡眠状态。在睡眠状态下，输入判定部21和唤醒判定部22进行工作。另外，在睡眠状态下，至少温度计算部25和断开判定部26停止动作。
初始值储存部24储存有关于电线5的温度信息的初始值tini。储存在初始值储存部24的初始值tini传送到睡眠判定部23和温度计算部25。
温度计算部25是算出电线5的温度的电路或者计算装置。温度计算部25所进行的温度算出对象的电线5例如是将电源11与电压调节部3连接的电线5、将电压调节部3与负载12连接的电线5。温度计算部25与电流信号输入端口20c电连接。温度计算部25是获取示出由电流传感器电路32检测的电流值的信号。温度计算部25从初始值储存部24获取温度计算所使用的初始值tini。
关于本实施方式的温度计算部25所进行的温度算出的考虑方法，以下参照式(1)至式(4)进行说明。此外，在式(1)至(4)中，pcin是电线5的单位时间的发热能[j/s]，pcout是电线5的单位时间的散热能[j/s]，rc是电线5的导体电阻[ω]，i是通电电流[a]，cth是电线5的热容[j/℃]，rth是电线5的热电阻[℃/w]，qc(n)是第n次对电流值取样时的电线5的热量(累积值)，δt是取样时间(取样间隔)[s]，δt是电线5的温度变化量(累积值)[℃]。
pcin＝rc×i2…(1)
pcout＝qc(n-1)/(cth×rth)…(2)
qc(n)＝qc(n-1)+(pcin-pcout)×δt…(3)
δt＝qc(n)/cth…(4)
温度计算部25每隔一定时间根据从电流传感器电路32获取的电流值的信息来计算温度信息。温度计算部25将算出的温度信息输出至断开判定部26。本实施方式的温度信息是电线5的当前的温度、温度变化量、热收支等相关的信息。控制部2基于温度信息使电压调节部3成为断开状态，使电源11与负载12断开。此处，断开状态是指在电压调节部3中继续停止对负载12的电力供给，不进行占空比控制的状态。
本实施方式的温度信息是电线5的当前的温度的推定值。在下面的说明中，将由温度计算部25算出的电线5的当前的温度仅称作“推定温度tw”。推定温度tw是由温度计算部25推定的电线5的当前的温度。在本实施方式中，电线5的推定温度tw被算出为储存在初始值储存部24的初始值tini与温度变化量δt之和。
断开判定部26基于输入判定部21的信号和从温度计算部25获取的推定温度tw(温度信息)，进行断开判定。断开判定部26将示出判定结果的信号输出至逻辑电路27。断开判定部26例如如图2所示进行断开判定。图2示出根据输入判定部21的信号(sw)、推定温度tw和断开判定部26进行的断开判定的内容。如果输入判定部21输出on信号，且推定温度tw为预先决定的断开温度tsh以上(hi)，那么断开判定部26输出on信号。该on信号是使电压调节部3为断开状态的断开指令。另一方面，如果输入判定部21输出on信号，且推定温度tw小于断开温度tsh(low)，那么断开判定部26输出off信号。该off信号是容许利用电压调节部3对负载12供电的通常指令。
断开判定部26维持断开判定的内容，直到输入判定部21的信号复位。换言之，断开判定部26在判断为电压调节部3为断开状态后，输入判定部21的信号暂且off，在直到再次成为on的期间继续输出on信号。另外，断开判定部26在输出off信号的状态下，在输入判定部21的信号从on切换为off的情况下，在直到输入判定部21的信号再次成为on的期间继续输出off信号。
逻辑电路27与输入判定部21的信号和断开判定部26的信号相应地输出控制信号。断开判定部26的输出信号的on/off反转并输入至逻辑电路27。即，断开判定部26的on信号反转为off信号并输入至逻辑电路27，断开判定部26的off信号反转为on信号并输入至逻辑电路27。逻辑电路27是与门电路。逻辑电路27在输入判定部21的输出信号是on，且断开判定部26输出off信号的情况下，从控制信号输出端口20b输出on信号。逻辑电路27输出的on信号是指示执行对负载12的电力供给的供给指令信号。
另一方面，逻辑电路27在输入判定部21的输出信号是off的情况下、断开判定部26输出on信号的情况下，从控制信号输出端口20b输出off信号。逻辑电路27输出的off信号是指令停止对负载12电力供给的停止指令信号。在断开判定部26输出on信号的情况下从逻辑电路27输出的停止指令信号使电压调节部3为断开状态并作为保护电线5的断开指令信号发挥功能。电压调节部3通过根据停止指令信号继续地断开电源11与负载12，从而停止对电线5的通电，停止电线5的发热。其结果是，抑制电线5的温度进一步上升。
故障安全电路6在控制部2不正常动作的情况下，代替控制部2来控制电压调节部3。故障安全电路6具有停止判定电路61和逻辑电路62。停止判定电路61基于从监察信号输出端口20d输出的监察信号，进行控制部2的停止判定。停止判定电路61利用计时器，对预先决定的一定周期进行计数。停止判定电路61在将一定周期向上计数的期间从控制部2接收监察信号时，将计时器复位。停止判定电路61只要不将一定周期向上计数，就输出on信号。另一方面，停止判定电路61在计时器将一定周期向上计数时，输出off信号。
逻辑电路62输出与开关4的输出信号和停止判定电路61的输出信号相应的信号。停止判定电路61的输出信号的on/off反转并输入至逻辑电路62。即，停止判定电路61的on信号反转为off信号并输入至逻辑电路62，停止判定电路61的off信号反转为on信号并输入至逻辑电路62。逻辑电路62是与门电路。逻辑电路62在开关4的输出信号为on，且停止判定电路61输出off信号的情况下，输出故障安全on信号。故障安全on信号是向电压调节部3命令对负载12供给电力的供给指令信号。
另一方面，逻辑电路62在开关4的输出信号为off的情况下、停止判定电路61输出on信号的情况下，输出故障安全off信号。逻辑电路62的输出和逻辑电路27的输出被输入到或门电路7。或门电路7在逻辑电路27的输出和逻辑电路62的输出的至少一个是on的情况下，输出on信号。因此，在尽管开关4正在输出on信号，但由于控制部2的异常而逻辑电路27未输出on信号的情况下，故障安全电路6对电压调节部3输出供给指令信号。
在本实施方式中，温度计算部25计算推定温度tw所使用的初始值tini如下面说明的那样，被决定为能够适当保护电线5。具体而言，本实施方式的初始值tini是以稳态电流的最大值imax进行通电的情况下的电线5的收敛温度。稳态电流的最大值imax是在负载12中容许稳态地通电的电流范围的最大值。稳态电流的最大值imax例如如以下所示地决定。
稳态电流的最大值imax例如是基于负载12的规格、国际基准、技术基准等的值。例如，负载12的动作电压的最大值为18[v]，额定负载的偏差为±20％。如果负载12是额定负载60[w]的灯，那么稳态电流的最大值imax是以供电压18v流过60w的灯的电流值的1.2倍的电流值。根据国际基准、技术基准来决定与负载12通电的电流的最大值的情况下，该最大值可以为稳态电流的最大值imax。稳态电流的最大值imax可以是根据所述基准决定的动作电压范围的电压所得到的最大电流值。
初始值tini是在以稳态电流的最大值imax对负载12进行供电时，电线5的温度收敛时的电线5的温度(以下仅称作“收敛温度tv”)。换言之，初始值tini是稳态电流的最大值imax在电线5通电时，在电线5中散热量与发热量取得均衡时的电线5的温度。此外，算出收敛温度tv时的环境温度根据连线有电线5的部位的环境来适当决定。
温度计算部25在开始或者重新开始计算电线5的推定温度tw时，将推定温度tw设定为初始值tini。换言之，将初始值tini作为出发点，开始算出推定温度tw。本实施方式的电线保护装置1通过使用初始值tini，如下面说明的那样，能够适当保护电线5。
图3的时序图示出(a)电流值、(b)温度、(c)来自开关4的输入、(d)故障安全信号、(e)控制部2的输出信号、(f)控制部2的状态和(g)断开判定的结果。(a)电流值的栏所示的电流值i是经由电线5供给至负载12的电流值。(b)温度的栏示出温度计算部25所得到的推定温度tw和电线5的实际温度tr。(d)故障安全信号是逻辑电路62的输出信号。(e)控制部2的输出信号是控制部2的控制信号输出端口20b的输出信号。
图3中，在时刻t0，开关4从off切换为on。控制部2由于控制部2的异常、不稳定而停止时，在经过一定周期的时刻t1，故障安全信号为on。输出故障安全on信号并在时刻t1开始通电，电线5的实际温度tr从周围温度tamb开始上升。在时刻t2，控制部2起动，控制部2开始推定温度tw的计算。此时，控制部2作为推定温度tw，设定初始值tini。初始值tini如上所述，是通电有稳态电流的最大值imax时的电线5的收敛温度tv。所以，初始值tini是电线5的实际温度tr以上的温度。其结果是，时刻t2以后的推定温度tw与实际温度tr等同或者以比实际温度tr高的值推移。
在时刻t3，在电路产生短路，在电线5开始流过短路电流。在时刻t4，推定温度tw到达断开温度tsh。与推定温度tw为断开温度tsh以上对应，断开判定部26所得到的断开判定的结果从“通常”切换为“断开”。其结果是，电压调节部3成为断开状态，停止通电。此时，实际温度tr比推定温度tw低。所以，适当保护电线5。此外，推定温度tw和实际温度tr的时刻t4以后的虚线示出未断开通电的情况下的温度的推移。
参照图5所示的比较例说明本实施方式的电线保护装置1所涉及的效果。在图5中，代替本实施方式的推定温度tw，示出比较例的推定温度tc。在开始比较例的推定温度tc的计算时，作为比较例的推定温度tc，设定有周围温度tamb。在时刻t2，控制部2起动，开始比较例的推定温度tc的计算。此时，控制部2作为比较例的推定温度tc，设定周围温度tamb。周围温度tamb例如是实测的值。在控制部2停止期间，由于实际温度tr上升，因此，时刻t2的实际温度tr是比周围温度tamb高的值。
在时刻t3，开始流过短路电流，在时刻t5，实际温度tr到达断开温度tsh。然而，在此时间点，由于比较例的推定温度tc是比断开温度tsh低的温度，因此，断开判定部26所得到的判定结果成为“通常”。在时刻t6，比较例的推定温度tc到达断开温度tsh，断开判定部26所得到的判定结果切换至“断开”。此时的实际温度tr已经比断开温度tsh高。这样，在比较例中，将通电断开的时机有可能延迟。
与之相对，本实施方式的电线保护装置1在实际温度tr到达断开温度tsh前，推定温度tw到达断开温度tsh。因此，本实施方式的电线保护装置1能够适当保护电线5和负载12。
接下来，参照图4，说明控制部2从睡眠状态返回时的动作。图4中，在时刻t0，开关4从off切换为on。由于控制部2停止，因此，在时刻t11，故障安全信号为on，开始对负载12供电。在时刻t12，控制部2起动，控制部2的输出信号成为on，故障安全信号切换至off。在时刻t12开始推定温度tw的计算，作为推定温度tw，设定初始值tini。推定温度tw从初始值tini下降。在时刻t13，开关4从on切换至off，停止对负载12的电力供给。通过停止电线5的通电，推定温度tw和实际温度tr分别下降。在时刻t14，由于睡眠条件成立，控制部2向睡眠状态转移。
在时刻t15，开关4为on，控制部2从睡眠状态返回为通常的动作状态。温度计算部25在时刻t15从睡眠状态返回并重新开始推定温度tw的计算时，作为推定温度tw，设定初始值tini。所以，本实施方式的电线保护装置1能够将从睡眠状态返回时的推定温度tw作为实际温度tr以上的值并重新开始推定温度tw的计算。在本实施方式中，作为睡眠条件，包含算出的温度信息(典型地是推定温度tw)是比初始值tini更低温侧的值的条件。所以，在睡眠状态下，电线5的实际温度tr是比初始值tini更低温侧的温度。因此，抑制从睡眠状态返回时的推定温度tw比实际温度tr低。
如以上说明，本实施方式的电线保护装置1具有电压调节部3、控制部2。电压调节部3调压电源11侧的电压并供给至负载12。控制部2具有温度计算部25，基于温度信息使电压调节部3成为断开状态。温度计算部25根据流过电压调节部3的电流值，计算将电源11与负载12连接的电线5的温度信息。温度信息是根据基于电流值的温度变化量δt和预先决定的温度信息的初始值tini计算的。控制部2在包含温度信息是比初始值tini更低温侧的值的条件的睡眠条件成立时，向睡眠状态转移。
控制部2从睡眠状态返回时的初始值tini是基于以稳态电流的最大值imax对电线5进行的通电的情况下的电线5的温度的收敛值的值。本实施方式的电线保护装置1通过在控制部2从睡眠状态返回时开始根据初始值tini计算推定温度tw，来抑制推定温度tw成为比实际温度tr低的值。因此，电线保护装置1能够适当保护电线5避免过度的温度上升。另外，本实施方式的电线保护装置1在睡眠状态下即使不进行温度信息的算出，也能够适当保护电线5。所以，在睡眠状态下能够停止温度计算部25所进行的温度信息的计算，能够降低耗电功率。
在本实施方式所涉及的电线保护装置1中，控制部2在温度信息是比预先决定的阈值即断开温度tsh更高温侧的值的情况下，使电压调节部3为断开状态。控制部2从睡眠状态返回时的初始值tini是比断开温度tsh更低温侧的值。从睡眠状态返回时的初始值tini是比断开温度tsh更低温侧的值，从而抑制由于通电开始时的冲击电流，推定温度tw到达断开温度tsh。设置在初始值tini与断开温度tsh之间的余量例如是根据冲击电流所导致的推定温度tw的上升量而决定。
[实施方式的变形例]
说明实施方式的变形例。初始值tini不限于与收敛温度tv相同的值。初始值tini可以是相对于收敛温度tv设置有预定比例的余量或预定幅度的余量的值。例如，初始值tini相对于收敛温度tv可以是m[％]高温侧的值，也可以是m[％]低温侧的值。所述m[％]例如可以是20％、10％、5％等值。
控制部2从睡眠状态返回时的初始值tini、与除此以外的情况下的初始值tini可以不同。将从睡眠状态返回时的将初始值tini称为“tinia”，将从睡眠状态返回将时以外的初始值tini称为“tinib”。初始值tinib可以是比初始值tinia更低温侧的值。
睡眠条件不限于实施方式的例子。睡眠条件例如可以包含推定温度tw小于睡眠阈值tslp的状态持续预定时间这样的条件。睡眠条件可以包含在开关4切换为off之后，经过一定的时间这样的条件。另外，睡眠条件也可以包含其他条件。
在电线保护装置1中，对电源11侧的电压调压并供给至负载的单元不限于半导体开关元件。另外，半导体开关元件31不限于mosfet。作为半导体开关元件35，也可以使用其他开关元件。负载12不限于灯。负载12也可以是灯以外的电负载。
由温度计算部25计算的温度信息不限于电线5的推定温度tw。温度信息是关于电线5的温度的信息、关于与电线5的温度相关的物理量的信息。控制部2在断开判定中参照的温度信息例如可以是温度变化量δt，也可以是热量qc等。
上述实施方式和变形例公开的内容能够适当组合来执行。