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公开了一种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，具有根据流过所述电压调节部的电流值计算将所述电源与所述负载连接的电线的温度信息的温度计算部，并基于所述温度信息，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，所述控制部在所述电压调节部为所述断开状态的期间将所述温度信息的算出所使用的时间常数设定为第一时间常数，且在所述电压调节部对所述负载供给电力的期间将所述温度信息的算出所使用的时间常数设定为第二时间常数，所述第一时间常数比所述第二时间常数大，且是所述电线的实际的时间常数以上的值，所述第二时间常数是比所述电线的实际的时间常数小的值。
发明的效果
本发明所涉及的电线保护装置包括：对电源侧的电压进行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并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。控制部在电压调节部为断开状态的期间将温度信息的算出所使用的时间常数设定为第一时间常数，且在电压调节部对负载供给电力的期间将温度信息的算出所使用的时间常数设定为第二时间常数。第一时间常数比第二时间常数大，且是电线的实际的时间常数以上的值，第二时间常数是比电线的实际的时间常数小的值。
根据本发明所涉及的电线保护装置，在电力供给时电线的推定温度的上升程度比实际的温度的上升程度大，且在断开状态下推定温度的下降程度与实际的温度的下降程度等同或者平缓。因此，本发明所涉及的电线保护装置取得的效果是：能够适当保护电线。
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流程图。
图4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
11：电源
12：负载
20：指令信号输入端口
21：控制信号输出端口
22：电流信号输入端口
23：输入判定部
24：算出部
24a：温度计算部
24b：时间常数切换部
25：断开判定部
26：逻辑电路
30：信号输入端口
31：输入部
32：输出部
33：信号输出端口
34：电流传感器电路
35：半导体开关元件
tc：比较例的推定温度
tr：实际温度
tamb：周围温度
tsh：断开温度
tw：推定温度
τs：第一时间常数
τn：第二时间常数
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流程图；图4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。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30、输入部31、输出部32、信号输出端口33、电流传感器电路34和半导体开关元件35。信号输入端口30与控制部2的信号输出端口21电连接。输入部31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32与负载12电连接。
半导体开关元件35存在于输入部31与输出部32之间。半导体开关元件35根据控制信号的on/off，将输入部31与输出部32连接或者断开。半导体开关元件35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35进行占空比控制。对半导体开关元件35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34检测经由半导体开关元件35流过的电流值。换言之，电流传感器电路34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34的检测结果的信号从信号输出端口33输出。信号输出端口33与控制部2的电流信号输入端口22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20、控制信号输出端口21、电流信号输入端口22、输入判定部23、算出部24、断开判定部25和逻辑电路26。
指令信号输入端口20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21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22是输入关于由电流传感器电路34检测的电流值的信号的端口。
在指令信号输入端口20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23与指令信号输入端口20电连接。输入判定部23输出与开关4的状态相应的信号。更具体而言，输入判定部23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。
算出部24是算出电线5的温度信息的电路或者计算装置。算出部24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。算出部24具有温度计算部24a和时间常数切换部24b。温度计算部24a与电流信号输入端口22电连接。温度计算部24a是获取示出由电流传感器电路34检测的电流值的信号。另外，温度计算部24a与时间常数切换部24b电连接。温度计算部24a从时间常数切换部24b获取温度计算所使用的时间常数的值。
关于本实施方式的温度计算部24a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)[j]，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24a根据从电流传感器电路34获取的电流值的信息和从时间常数切换部24b获取的时间常数τ，每隔一定时间计算温度信息。温度计算部24a将算出的温度信息输出至断开判定部25。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24a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24a推定的电线5的当前的温度。电线5的推定温度tw例如被算出为电线5的周围温度tamb与温度变化量δt之和。周围温度tamb例如可以是预先储存的值，也可以是实测的值。例如，作为周围温度tamb，储存有电压调节部3对负载12供给额定电流时的电线5的稳态状态的温度。
断开判定部25基于输入判定部23的信号和从温度计算部24a获取的推定温度tw(温度信息)，输出判定结果。断开判定部25例如如图2所示进行断开判定。图2示出根据输入判定部23的信号(sw)、推定温度tw和断开判定部25进行的断开判定的内容。如果输入判定部23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25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23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25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25维持断开判定的内容，直到输入判定部23的信号复位。换言之，断开判定部25在判断为电压调节部3为断开状态后，输入判定部23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25在输出off信号的状态下，在输入判定部23的信号从on切换为off的情况下，在直到输入判定部23的信号再次成为on的期间继续输出off信号。
逻辑电路26输出与输入判定部23的信号和断开判定部25的信号相应的控制信号。断开判定部25的输出信号的on/off反转并输入至逻辑电路26。即，断开判定部25的on信号反转为off信号并输入至逻辑电路26，断开判定部25的off信号反转为on信号并输入至逻辑电路26。逻辑电路26是与门电路。逻辑电路26在输入判定部23的输出信号是on，且断开判定部25输出off信号的情况下，从控制信号输出端口21输出on信号。逻辑电路26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26在输入判定部23的输出信号是off的情况下、断开判定部25输出on信号的情况下，从控制信号输出端口21输出off信号。逻辑电路26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25输出on信号的情况下从逻辑电路26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。
时间常数切换部24b输出根据断开判定部25的输出信号而不同的时间常数τ。本实施方式的时间常数切换部24b输出的时间常数τ是电线5的热容cth与电线5的热电阻rth之积，如下式(5)所示。
τ＝cth×rth…(5)
时间常数切换部24b作为时间常数τ，输出第一时间常数τs或者第二时间常数τn。第一时间常数τs在断开判定部25的输出信号是on的情况下，由时间常数切换部24b输出。即，第一时间常数τs在断开判定部25发出了断开指令且电压调节部3为断开状态的期间被输出。第二时间常数τn在断开判定部25的输出信号是off的情况下，由时间常数切换部24b输出。即，第二时间常数τn在断开判定部25未发出断开指令的通常时，由时间常数切换部24b输出。
本实施方式的第二时间常数τn是比电线5的实际的时间常数τr小的值。电线5的实际的时间常数τr是与电线5的物理性质对应的时间常数。所以，由温度计算部24a计算的推定温度tw的上升程度比实际温度tr的上升程度大。即，根据实际的时间常数τr算出的推定温度tw从保护电线5受热的观点而言是安全侧的值。
本实施方式的第一时间常数τs是比第二时间常数τn大的值，且是电线5的实际的时间常数τr以上的值。即，在断开对电线5的通电且电线5的温度下降时，时间常数τ的值为电线5的实际的时间常数τr以上的值。其结果是，防止推定温度tw与实际温度tr的大小关系逆转。如图4的时刻t2至时刻t3期间所示，推定温度tw以比实际温度tr大的值推移。在时刻t2，推定温度tw是比实际温度tr高的温度。在电线5的温度从该状态起下降的情况下，推定温度tw的下降程度与实际温度tr的下降程度等同，或者壁实际温度tr的下降程度平缓。所以，抑制将推定温度tw推定得低于实际温度tr于未然。
参照图3和图4，说明本实施方式所涉及的电线保护装置1的动作。图3所示的流程图例如在车辆的点火on的状态下被反复执行。在图4的时序图中，横轴示出时间。图4中，(a)示出温度，(b)示出电流，(c)示出输入判定部23的输出信号(sw)，(d)示出时间常数τ，以及(e)示出断开判定部25所进行的断开判定结果。在(a)温度的栏，除了由温度计算部24a推定的推定温度tw外，还示出电线5的实际温度tr。
在图4中，在时刻t0，开关4切换为on，对电压调节部3输出电力供给指令。此时，断开判定部25的断开判定结果为通常，断开判定部25输出off信号。所以，时间常数τ的值是第二时间常数τn。在时刻t1，由于异常产生，开始流过短路电流。由于短路电流，实际温度tr和推定温度tw分别上升。由于第二时间常数τn是比实际的时间常数τr小的值，因此，推定温度tw比实际温度tr更快上升。在时刻t2，推定温度tw到达断开温度tsh，断开判定部25所进行的断开判定结果变化为“断开”。断开判定部25开始输出断开指令即on信号。根据断开判定部25所涉及的断开指令，时间常数τ的值从第二时间常数τn变化为第一时间常数τs。
根据本实施方式的电线保护装置1，利用图3的流程图所示的动作，断开后的推定温度tw以比实际温度tr高的值推移。所以，在开关4再次为on的情况下，推定温度tw从比实际温度tr高的状态进行电线5的温度推定。其结果是，更可靠地保护电线5受热。
参照图3，在步骤s10，时间常数切换部24b判定是否输出断开判定。时间常数切换部24b在断开判定部25的输出信号是on的情况下，在步骤s10进行肯定判定，前进至步骤s20。另一方面，时间常数切换部24b在断开判定部25的输出信号为off时，在步骤s10进行否定判定，前进至步骤s30。在图4中，直到时刻t2期间，在步骤s10进行否定判定，在直到时刻t2以后的时刻t4，在步骤s10进行肯定判定。
在步骤s20，时间常数切换部24b将输出的时间常数τ的值设定为断开后的时间常数即第一时间常数τs。执行步骤s20后，前进至步骤s40。
在步骤s30中，时间常数切换部24b将输出的时间常数τ的值设定为通常动作的时间常数即第二时间常数τn。执行步骤s30后前进至步骤s40。
在步骤s40，温度计算部24a根据从时间常数切换部24b获取的时间常数τ，计算电线5的推定温度tw。温度计算部24a获取由电流传感器电路34取样的电流值，使用当前设定的时间常数τ的值来计算推定温度tw。在步骤s20，作为时间常数τ设定第一时间常数τs之后前进至步骤s40的情况下，温度计算部24a使用第一时间常数τs来计算电线5的推定温度tw。另一方面，在步骤s30中作为时间常数τ设定第二时间常数τn之后前进至步骤s40的情况下，温度计算部24a使用第二时间常数τn来计算电线5的推定温度tw。执行步骤s40后前进至步骤s50。
在步骤s50，温度计算部24a输出电线温度信息。温度计算部24a将在步骤s40中更新的电线5的推定温度tw输出至断开判定部25。执行步骤s50后，本控制流程暂且结束。
参照图4，说明时刻t2以后的电线保护装置1的动作。在时刻t2，利用断开判定部25输出断开指令时，时间常数τ从第二时间常数τn切换为第一时间常数τs，电压调节部3成为断开状态。所以，电线5的通电电流i为0，实际温度tr和推定温度tw分别下降。在本实施方式中，第一时间常数τs是比电线5的实际的时间常数τr大的值。即，推定温度tw的下降程度比实际温度tr的下降程度平缓。
在时刻t3，开关4切换为off。断开判定部25所进行的断开判定结果即使开关4从on切换为off也得到维持。在时刻t4，开关4再次为on时，断开判定部25基于时刻t4的推定温度tw来更新断开判定结果。换言之，断开判定部25在开关4切换为off之后，直到开关4再次为on时，维持开关4切换为off时的断开判定的结果。与断开判定部25进行的这样的结果维持功能对应地，时间常数τ的值在从时刻t2到时刻t4的期间维持为第一时间常数τs。
在时刻t4，开关4为on时，推定温度tw是比实际温度tr高的温度。所以，由于对电线5的通电而电线5的实际温度tr上升时，推定温度tw以比实际温度tr高的值推移。因此，在电线5的实际温度tr到达断开温度tsh前，推定温度tw到达断开温度tsh，电压调节部3为断开状态。其结果是，电线保护装置1能够抑制电线5过度的温度上升于未然。
进一步，在本实施方式中，由于第二时间常数τn是比电线5的实际的时间常数τr小的值，因此，推定温度tw的上升速度比实际温度tr的上升速度大。所以，更可靠地抑制电线5过度的温度上升。
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。图5所示的比较例示出作为时间常数τ，即使在电压调节部3断开后也使用第二时间常数τn的情况下的温度的推移。图5中，在温度的栏示出比较例的推定温度tc。比较例的推定温度tc与电压调节部3对负载12执行电力供给还是断开状态无关，是使用第二时间常数τn而算出的。
如图5所示，在时刻t0，开关4为on，从时刻t1起向电线5流过短路电流。比较例的推定温度tc与本实施方式的推定温度tw同样，比实际温度tr更快上升并到达断开温度tsh。在时刻t2，比较例的推定温度tc到达断开温度tsh时，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处于断开状态，实际温度tr和比较例的推定温度tc分别下降。
由于第二时间常数τn是比电线5的实际的时间常数τr小的值，因此，比较例的推定温度tc比实际温度tr更快下降。开关4在时刻t5切换为off后，在时刻t6再次为on。此时，比较例的推定温度tc为比实际温度tr低的温度。其结果是，时刻t6以后的比较例的推定温度tc以比实际温度tr低的值推移。在时刻t6，开始在电线5流过短路电流，在时刻t7，实际温度tr到达断开温度tsh。此时，比较例的推定温度tc维持比断开温度tsh低的温度。这样，在比较例中，实际温度tr有可能超过断开温度tsh。
与之相对，本实施方式所涉及的电线保护装置1能够适当抑制推定温度tw比实际温度tr低。其结果是，电线保护装置1能够适当保护电线5和负载12。
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具有从流过电压调节部3的电流值计算电线5的温度信息的温度计算部24a。控制部2基于温度信息，使电压调节部3成为将电源11与负载12断开的断开状态。
控制部2在电压调节部3为断开状态的期间，将温度信息的算出所使用的时间常数τ设定为第一时间常数τs，且在电压调节部3对负载12供给电力的期间，将温度信息的算出所使用的时间常数τ设定为第二时间常数τn。第一时间常数τs比第二时间常数τn大，且是电线5的实际的时间常数τr以上的值。第二时间常数τn是比电线5的实际的时间常数τr小的值。
在本实施方式的电线保护装置1中，第二时间常数τn是比电线5的实际的时间常数τr小的值。所以，在电压调节部3对负载12根据占空比控制供给电力的期间，推定温度tw的上升程度比实际温度tr的上升程度大。因此，推定温度tw与实际温度tr相比，容易先到达断开温度tsh，适当保护电线5。
另外，第一时间常数τs比第二时间常数τn大，且是电线5的实际的时间常数τr以上的值。所以，能够将使电压调节部3为断开状态时的推定温度tw的下降程度设定为与实际温度tr的下降程度相同或者比实际温度tr的下降程度平缓。其结果是，在从断开状态重新开始对电线5通电时，推定温度tw至少为实际温度tr以上。因此，本实施方式的电线保护装置1能够适当保护电线5避免过度的温度上升。
在本实施方式的电线保护装置1中，第一时间常数τs为比电线5的实际的时间常数τr大的值。所以，在电压调节部3为断开状态期间，推定温度tw的下降程度比实际温度tr的下降程度平缓。因此，重新开始对电线5通电时的推定温度tw也比实际温度tr高，适当保护电线5。
[实施方式的变形例]
说明实施方式的变形例。在电线保护装置1中，对电源11侧的电压进行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35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24a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。