JP2014181012A

JP2014181012A - 車載用負荷過熱防止装置

Info

Publication number: JP2014181012A
Application number: JP2013058571A
Authority: JP
Inventors: Takuya Tsuji; 拓也辻
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-29

Abstract

【課題】サーミスタを用いずに、負荷の過熱防止を安価に行うことができる車載用ヒータ過熱防止装置を提供することを目的とする。
【解決手段】接続負荷２８と電源３０とをＦＥＴ２６を介して接続し、ＦＥＴ２６をＥＣＵ１２によって制御する。このとき、予め定めたデューティ比及び周期のＰＷＭ制御によりＦＥＴ２６を駆動したときに、接続負荷２８の過熱を検出したい温度に到達するまでの時間に一致する、過熱保護機能が作動する温度に到達するまでの時間となるＦＥＴ２６を選定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されたヒータ等の負荷の過熱を防止する車載用負荷過熱防止装置に関する。

車両に搭載されたヒータ等の負荷には、図５に示すように、ＰＣＴ（Positive temperature coefficient）サーミスタ５４が内蔵され、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって負荷５２が制御されるものがある。ＰＴＣサーミスタ５４は過熱を検出すると、抵抗値が大きく上がるため、負荷５２への通電電流を遮断することができ、負荷の異常過熱を防止することができる。

また、サーミスタを備えた車載用温度調節装置としては、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。

特許文献１では、サーミスタの温度信号で駆動される電流制御素子と、サーミスタが断線した時に電流制御素子に流れる電流を遮断するサーミスタ断線保護回路とを少なくとも備え、線状の発熱体が配設された車載用採暖物の温度をサーミスタの温度信号によって調節する車載用温度調節装置であって、車載用温度調節物の電源電圧に異常高電圧が重畳された時、サーミスタ断線保護回路を異常高電圧の重畳期間とほぼ同じ期間、擬似的に作動させるように構成した車載用温度調節装置が提案されている。

特開２００４−１２７５９１号公報

しかしながら、過熱防止に用いられる上述のＰＣＴサーミスタはコストが高く、車両においてヒータ駆動システムを安価に設定できないため、改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、サーミスタを用いずに、負荷の過熱防止を安価に行うことができる車載用ヒータ過熱防止装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、自動車に搭載され、予め定めた電源からの電力によって駆動される負荷と、前記負荷と前記電源との間に接続されると共に、予め定めた発熱保護温度になった場合に前記電源から前記負荷への電力供給を遮断するように作動する発熱保護機能を有し、前記負荷への電力供給開始から前記負荷が予め定めた過熱温度に達するまでの到達時間に対応しかつ前記発熱保護温度に上昇する発熱保護時間が経過した際に前記発熱保護機能が作動するスイッチング手段と、前記電源の電力を前記負荷へ供給するように前記スイッチング手段を制御する制御手段と、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、負荷は、自動車に搭載され、予め定めた電源によって駆動される。負荷としては、シートヒータやステアリングヒータ等の各種ヒータを適用するようにしてもよいし、他の負荷を適用するようにしてもよい。

スイッチング手段は、負荷と電源との間に接続されると共に、予め定めた過熱温度になった場合に電源から負荷への電力供給を遮断するように作動する過熱遮断機能を有している。すなわち、スイッチング手段によるスイッチングにより負荷に電源の電力を供給することができ、予め定めた発熱保護温度になった場合に電源から負荷への電力供給が遮断され、スイッチング手段の過熱が防止される。

また、スイッチング手段は、負荷への電力供給開始から負荷が予め定めた過熱温度に達するまでの到達時間に対応しかつ発熱保護温度に上昇する発熱保護時間が経過した際に発熱保護機能が作動するようになっている。すなわち、負荷が過熱温度に達するまでの到達時間と、スイッチング手段の発熱保護機能が作動するまでの発熱保護時間とが対応するので、スイッチング手段の発熱保護機能によって付加の過熱を防止することができる。従って、サーミスタを用いずに、負荷の過熱防止を安価に行うことができる
なお、請求項２に記載の発明のように、電源の電圧を検出する電圧検出手段と、自動車の車内温度を検出する温度検出手段と、を更に備えて、制御手段が、電圧検出手段及び温度検出手段の検出結果に基づいて、到達時間と発熱保護時間との対応のずれを補正するように、スイッチング手段を更に制御するようにしてもよい。すなわち、電圧や車内温度によって発熱保護機能が作動する発熱保護時間と到達時間との対応がずれても補正することができるので、スイッチング手段の発熱保護機能によって負荷の発熱を確実に防止することができる。

この場合、制御手段は、請求項３に記載の発明のように、パルス幅変調のデューティ比及び周期の少なくとも一方を調整して到達時間と発熱保護時間との対応のずれを補正するように、スイッチング手段を制御するようにしてもよい。スイッチング手段をパルス幅変調方式で制御して、パルス幅変調のデューティ比や周期を調整することにより、スイッチング手段の発熱保護時間を調整することができるので、発熱保護時間を負荷が過熱温度に到達するまでの到達時間に合わせ込むことが可能となる。

また、請求項４に記載の発明のように、電源の電圧を検出する電圧検出手段と、自動車の車内温度を検出する温度検出手段と、を更に備えて、制御手段が、電圧検出手段及び温度検出手段の検出結果に基づいて、到達時間を更に予測し、予測した到達時間になったところで負荷への電力の供給を停止するようにスイッチング手段を更に制御するようにしてもよい。すなわち、電源の電圧及び車内温度が分かれば、負荷の過熱温度に到達するまでの到達時間が予測できるので、到達時間を予測して、予測した到達時間になったところでスイッチング手段を制御して負荷への電力の供給を停止することにより負荷の過熱を防止する。これにより、スイッチング手段の発熱保護機能を利用したハード的な負荷の過熱防止に加えて、ソフト的な負荷の過熱防止が行われるので、２重のフェールセーフにより負荷の過熱を確実に防止することができる。なお、このとき、請求項５に記載の発明のように、制御手段は、到達時間を予測する際に、発熱保護機能が作動する発熱保護時間よりも長い時間を到達時間として予測するようにしてもよい。すなわち、スイッチング手段の発熱保護機能による負荷の過熱防止を優先して行い、ソフト的な制御手段による負荷の過熱防止を補助的に行うようにしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、負荷の過熱を検出したい予め定めた過熱温度に達するまでの到達時間に対応する発熱保護時間で発熱保護機能が作動するスイッチング手段を用いることにより、サーミスタを用いずに、負荷の過熱防止を安価に行うことができる車載用ヒータ過熱防止装置を提供することができる、という効果がある。

本発明の実施の形態に係る車載用負荷過熱防止装置の構成を示すブロック図である。（Ａ）は予め定めたデューティ比及び周期のＰＷＭ制御により接続負荷を駆動したときの時間経過に対する接続負荷の温度を示す図であり、（Ｂ）は予め定めたデューティ比及び周期のＰＷＭ制御によりＦＥＴを駆動したときの時間経過に対するＦＥＴの発熱温度を示す図である。発熱保護検出温度に達するまでの時間が異なるＦＥＴの一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る車載用負荷過熱防止装置のＥＣＵで行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。ＰＴＣサーミスタを内蔵した負荷の従来例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る車載用負荷過熱防止装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、車両用負荷過熱防止装置１０は、接続負荷２８にＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２が接続され、ＥＣＵ１２によって接続負荷２８の駆動が制御される。

接続負荷２８としては、例えば、シートヒータや、ステアリングヒータ等の各種ヒータを適用することができる。また、ヒータ以外に過熱防止する必要がある負荷を適用するようにしてもよい。なお、以下では、接続負荷２８としてヒータを適用した場合について説明する。

ＥＣＵ１２は、図１に示すように、ＣＰＵ１４、ＲＯＭ１６、ＲＡＭ１８、及びＩ／Ｏ（入出力インタフェース）２０がそれぞれバス１９に接続されたマイクロコンピュータで構成されている。

ＲＯＭ１６には、接続負荷２８の駆動を制御するためのプログラムや各種テーブルや数式等の各種データなどが記憶されており、ＲＯＭ１６に記憶されたプログラムをＲＡＭ１８に展開してＣＰＵ１４が実行することにより、接続負荷２８の駆動が制御される。なお、ＲＯＭ１６に記憶されるプログラムとしては、一例として後述する接続負荷過熱防止プログラムが記憶される。

Ｉ／Ｏ２０には、電源監視部２２及び車内温度監視部２４が接続されていると共に、ＦＥＴ（Field effect transistor）２６を介して接続負荷２８が接続されている。

電源監視部２２は、ＣＰＵ１４や接続負荷２８に電力を供給する電源３０の電圧を監視し、車内温度監視部２４は、温度センサ等によって車内温度を監視する。

ＦＥＴ２６は、発熱保護機能付きのＦＥＴが適用され、ＦＥＴ２６が予め定めた発熱保護温度に達したところで接続負荷２８への通電が遮断される。例えば、ＦＥＴ２６は、発熱に伴って電圧が上昇するので、電圧の上昇により電源３０から接続負荷２８への電力供給が遮断されることにより、発熱保護機能として機能する。

本実施の形態では、予め定めたデューティ比及び周期のＰＷＭ（Ｐulse Ｗidth Ｍodulation）制御（パルス幅変調方式）でＦＥＴ２６を駆動したときに、通電開始から発熱保護機能による発熱保護温度に達するまでの時間が、接続負荷２８の過熱を検出したい温度までの時間に略一致するＦＥＴ２６が適用される。すなわち、ＦＥＴ２６の発熱保護機能が作動したときに、接続負荷２８の過熱を検出した温度に到達するので、ＦＥＴ２６の発熱保護機能によって接続負荷２８の過熱を防止することができる。

ここで、上述の発熱保護機能付きのＦＥＴ２６の選定方法について説明する。

予め定めた車内温度及び予め定めた電源電圧の条件下で、予め定めたデューティ比及び周期のＰＷＭ制御により接続負荷２８を駆動し、接続負荷２８の温度を測定し、図２（Ａ）に示すように、通電開始から接続負荷２８の過熱を検出したい温度（例えば、６０℃）に到達するまでの時間ｔ１を測定する。

同様に、予め定めた車内温度及び予め定めた電源電圧の条件下で、予め定めたデューティ比及び周期のＰＷＭ制御によりＦＥＴ２６を駆動し、ＦＥＴ２６の発熱温度を測定し、図２（Ｂ）に示すように、通電開始から過熱保護機能が作動する温度（例えば、１５０℃）に到達するまでの時間ｔ２を測定する。

ＦＥＴ２６は、オン抵抗や、パッケージ（ＦＥＴ２６の大きさ等）により、例えば、図２（Ｂ）のＡ〜Ｃのように発熱温度が異なるため、接続負荷２８の過熱を検出したい温度に到達するまでの時間ｔ１に一致する、過熱保護機能が作動する温度に到達するまでの時間ｔ２のＦＥＴ２６を選定する。これによりＦＥＴ２６過熱保護起動が作動する温度に到達するまでの時間ｔ２と、接続負荷２８の過熱を検出したい温度に到達するまでの時間ｔ１を対応させることができるので、ＦＥＴ２６の発熱保護機能を利用することで、接続負荷２８の過熱を防止することが可能となり、ＰＴＣサーミスタ等が不要となる。

ところで、上記ようにＦＥＴ２６を選定しても、前提とした条件（予め定めた車内温度及び予め定めた電源電圧の条件）から、電源電圧や車内温度が変化した場合には、接続負荷２８としてのヒータの時間ｔ１とＦＥＴ２６の時間ｔ２とにずれが発生してしまう。

そこで、本実施の形態では、電源電圧監視部２２及び車内温度監視部２４の監視結果に基づいて、ＦＥＴ２６をＰＷＭ制御で駆動する際のデューティ比及び周期の少なくとも一方を調整することにより、時間ｔ１と時間ｔ２のずれを補正するようになっている。

ＦＥＴ２６をＰＷＭ制御する際のデューティ比及び周期の少なくとも一方を調整することにより、ＦＥＴ２６の負荷発熱曲線が、図３のＡ〜Ｃのように変化するので、ＦＥＴ２６の発熱保護検出温度（例えば、１５０℃）に達するまでの時間も変化する。図３の例では、発熱保護検出温度に達するまでの時間がｔ２〜ｔ４に変化する。

具体的には、デューティ比を大きくするとＦＥＴ２６の発熱量が増加し、デューティ比を小さくするとＦＥＴ２６の発熱量が減し、ＰＷＭ周期を短くすると発熱量が増加し、ＰＷＭ周期を長くすると発熱量が減少するので、これを利用して時間ｔ１と時間ｔ２を一致させる。

例えば、ヒータ負荷発熱時間＞ＦＥＴ発熱時間の場合には、ＦＥＴ２６は銅箔基板実装のためヒータ負荷に比べて放熱性がよいので、ＰＷＭ制御のデューティ比を小さくすることにより、ＦＥＴ２６の発熱を抑えて、ヒータ負荷とＦＥＴ２６の発熱時間を合わせ込むことが可能となる。或いは、ＰＷＭ制御の周期を遅くすることにより、ＦＥＴ２６のスイッチング損失が減少するため、ＦＥＴ２６の発熱時間を遅くすることができ、ヒータ負荷とＦＥＴ２６の発熱時間を合わせる込むことが可能となる。

また、ヒータ負荷発熱時間＜ＦＥＴ発熱時間の場合には、ＰＷＭ制御の周期を早くすることにより、ＦＥＴ２６のスイッチング損失が増加するため、ＦＥＴ２６の発熱時間を早めることができ、ヒータ負荷とＦＥＴ２６の発熱時間を合わせ込むことが可能となる。或いは、ＰＷＭ制御のデューティ比を大きくすることにより、ＦＥＴ２６の発熱量を増加させて、ヒータ負荷とＦＥＴ２６の発熱時間を合わせ込むことが可能となる。

但し、上記のデューティ比及び周期の少なくとも一方を調整する制御は、電源電圧や車内温度の各種条件下で、ＰＷＭ制御のデューティ比や周期を変更して予め測定しておく必要があり、測定した結果をテーブルや数式等の対応関係としてＲＯＭ１６に記憶しておき、記憶した対応関係に基づいて補正する。これにより、時間ｔ１と時間ｔ２とのずれを補正することが可能となる。

また、本実施の形態では、ＦＥＴ２６の発熱保護機能を利用したハード的な過熱防止に加えて、ソフト的に接続負荷２８の過熱を防止する機能を備えている。なお、ソフト的に接続負荷２８の過熱を防止する機能は、上述の接続負荷過熱防止プログラムにより実現される。

具体的には、電源電圧及び車内温度から接続負荷２８の過熱を検出したい温度に到達するまでの時間ｔ１を予測する。電源電圧及び車内温度が分かれば、ＰＷＭ制御のデューティ比と周期から接続負荷２８の過熱を検出したい温度に到達するまでの時間ｔ１を予測することができるので、時間ｔ１を予測して、予測した時間ｔ１が経過したところでＦＥＴ２６の駆動を停止するＦＥＴ２６を制御すればよい。このとき、本実施の形態では、予測した時間ｔ１が経過したところでＦＥＴ２６の駆動を停止せずに、予測した時間ｔ１に対して予め定めた値を加えた時間が経過したところでＦＥＴ２６の駆動を停止するように制御するようになっている。これにより、ハード的な過熱防止が優先して行われ、ハード的な過熱防止のフェールセーフとしてソフト的な過熱の防止が行われる。すなわち、本実施の形態では、ハード及びソフトの２重のフェールセーフとされている。

なお、本実施の形態では、基本的にはハード的な過熱防止（ＦＥＴ２６の過熱保護機能を利用した過熱防止）を行うので、ＦＥＴ２６の過熱保護機能を優先して、ソフト的な過熱防止を後に行うようになっているが、逆にソフト的な過熱防止を優先するようにしてもよい。この場合には、予測した時間ｔ１から予め定めた値を引いた時間が経過したところでＦＥＴ２６の駆動を停止するように制御すればよい。

続いて、上述のように構成された本発明の実施の形態に係る車載用負荷過熱防止装置１０の作用について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る車載用負荷過熱防止装置１０のＥＣＵ１２で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図４の処理は、上述した接続負荷過熱防止プログラムを実行することにより行われるものであり、接続負荷２８のヒータがオンされた場合に開始し、ヒータがオフされた場合に終了するものとして説明する。

まず、ステップ１００では、ＦＥＴ２６の駆動が開始されると共に、時間カウントアップが開始されてステップ１０２へ移行する。すなわち、予め定めたデューティ比及び予め定めたＰＷＭ制御周期でＦＥＴ２６が駆動されることにより、電源３０の電圧が接続負荷２８としてのヒータに印加されて、ヒータが過熱される。また、同時に過熱開始からの時間を計数するための時間がＣＰＵ１４によってカウントアップされる。

ステップ１０２では、電源電圧監視部２２によって監視された電源３０の電圧が取得されると共に、車内温度監視部２４によって監視された車内温度が取得されてステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４では、ＦＥＴ２６の駆動補正を行う必要があるか否かＣＰＵ１４によって判定される。該判定は、接続負荷２８の過熱を検出したい温度までの時間ｔ１と、ＦＥＴ２６の発熱保護機能による発熱保護温度に達するまでの時間ｔ２とがずれる条件であるか否かをステップ１０２の監視結果に基づいて判定し、該判定が肯定された場合にはステップ１０６へ移行し、否定された場合にはステップ１０８へ移行する。更に具体的には、例えば、取得した電源電圧や車内温度がＦＥＴ２６の駆動を補正する必要がある環境であるか否かを判定する。すなわち、ＲＯＭ１６に予め記憶したテーブルや数式（電源電圧や車内温度に対応するＦＥＴ２６を駆動するデューティ比やＰＷＭ制御周期）を用いて判定する。

ステップ１０６では、ＦＥＴ２６の駆動補正が行われてステップ１０８へ移行する。すなわち、取得した電源電圧及び車内温度に基づいて、ＦＥＴ２６を駆動するデューティ比及びＰＷＭ制御周期の少なくとも一方が変更される。これによって、接続負荷２８の過熱を検出したい温度までの時間ｔ１と、ＦＥＴ２６の発熱保護機能による発熱保護温度に達するまでの時間ｔ２とのずれが補正される。従って、ＦＥＴ２６の発熱保護機能を利用して接続負荷２８の過熱を確実に防止することができる。

ステップ１０８では、ステップ１０２で取得した電源電圧及び車内温度に基づいて、予測加熱時間（接続負荷２８の過熱を検出したい温度に到達するまでの時間ｔ１）が予測されてステップ１１０へ移行する。

ステップ１１０では、予測過熱時間になったか否か判定され、該判定が否定された場合にはステップ１０２へ戻って上述の処理が繰り返され、判定が肯定された場合にはステップ１１２へ移行する。

ステップ１１２では、ＦＥＴ２６の駆動がＣＰＵ１４によって停止されると共に、時間カウントアップがリセットされてステップ１１４へ移行する。これによって、故障等によってＦＥＴ２６の発熱保護機能が作動しなかった場合でも、ＦＥＴ２６の駆動がソフト的に停止されるので、接続負荷２８の過熱を確実に防止することができる。

ステップ１１４では、ＦＥＴ２６の駆動再開か否か判定される。該判定は、例えば、予め定めた時間（ＦＥＴ２６や接続負荷２８が予め定めた温度以下となる時間）経過したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機し、判定が肯定されたところで一連の処理をリターンして、ステップ１００からの処理が再び開始される。

このように本実施の形態に係る車載用負荷過熱防止装置１０では、接続負荷２８の過熱を検出したい温度に到達するまでの時間ｔ１に略一致する、過熱保護機能が作動する温度に到達するまでの時間ｔ２のＦＥＴ２６を選定することにより、ＰＴＣサーミスタ等の効果なものを利用することなく、ＦＥＴ２６の発熱保護機能を利用して接続負荷２８の過熱を防止することができる。

また、上記処理を実行するにより、ＦＥＴ２６の発熱保護機能によるハード的な過熱防止以外にソフト的にも接続負荷の過熱を防止することができるので、２重のフェールセーフで接続負荷２８の過熱を確実に防止することができる。

なお、上記の実施の形態では、ハード的な過熱防止とソフト的な過熱防止を共に行う例を説明したが、どちらか一方のみを行うようにしてもよいが、ハード的な過熱防止の方がソフトの暴走等がないため、信頼性が高いので、どちらか一方のみを行う場合には、ハード的な過熱防止を行う方が好ましい。

１０車載用負荷過熱防止装置
１２ＥＣＵ
２２電源監視部
２４車内温度監視部
２６ＦＥＴ
２８接続負荷
３０電源

Claims

自動車に搭載され、予め定めた電源からの電力によって駆動される負荷と、
前記負荷と前記電源との間に接続されると共に、予め定めた発熱保護温度になった場合に前記電源から前記負荷への電力供給を遮断するように作動する発熱保護機能を有し、前記負荷への電力供給開始から前記負荷が予め定めた過熱温度に達するまでの到達時間に対応しかつ前記発熱保護温度に上昇する発熱保護時間が経過した際に前記発熱保護機能が作動するスイッチング手段と、
前記電源の電力を前記負荷へ供給するように前記スイッチング手段を制御する制御手段と、
を備えた車両用負荷過熱防止装置。
前記電源の電圧を検出する電圧検出手段と、自動車の車内温度を検出する温度検出手段と、を更に備え、
前記制御手段が、前記電圧検出手段及び前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記到達時間と前記発熱保護時間との対応のずれを補正するように、前記スイッチング手段を更に制御する請求項１に記載の車両用負荷過熱防止装置。
前記制御手段は、パルス幅変調のデューティ比及び周期の少なくとも一方を調整して前記到達時間と前記発熱保護時間との対応のずれを補正するように、前記スイッチング手段を制御する請求項２に記載の車載用負荷過熱防止装置。
前記電源の電圧を検出する電圧検出手段と、自動車の車内温度を検出する温度検出手段と、を更に備え、
前記制御手段が、前記電圧検出手段及び前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記到達時間を更に予測し、予測した前記到達時間になったところで前記負荷への電力の供給を停止するように前記スイッチング手段を更に制御する請求項１〜３の何れか１項に記載の車載用負荷過熱防止装置。
前記制御手段は、前記到達時間を予測する際に、前記発熱保護機能が作動する前記発熱保護時間よりも長い時間を前記到達時間として予測する請求項４に記載の車載用負荷過熱防止装置。