JPH11136846A - 車両用配線系統異常電流遮断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒューズが溶断しにくい配線系統の断続的な
短絡によっても、ヒューズに依存することなく、配線系
統に流れる電流を遮断するようにした車両用異常電流遮
断装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 電流センサ２０は、直流電源１０と電気
的負荷４０との間に接続してなる配線系統Ｌに流れる電
流を検出し検出出力を発生する。デッドショート判定回
路Ｄは、上記検出出力が瞬時の大異常電流に対応する異
常値であるときこれを異常と判定する。また、レアショ
ート判定回路Ｒは、上記検出出力が断続的小異常電流に
対応する異常値であるときこれを異常と判定する。そし
て、ＭＯＳＦＥＴ３０は、上記両異常との判定の一方に
基づき配線系統の電流の流れを遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の配線系統に
異常電流が流れたときこの異常電流を遮断する車両用配
線系統異常電流遮断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車に搭載した直流電源１と電
装品等の電気的負荷２、３との間に接続した配線系統
４、５や電気的負荷２、３の保護は、図６に示すごと
く、例えば、配線系統４、５中に介装したヒューズ６、
７によって行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成で
は、大異常電流が配線系統４や配線系統５の完全な短絡
時に瞬時に流れると、ヒューズ６やヒューズ７がその熱
蓄積により確実に溶断する。しかし、配線系統の配線の
被覆がその老朽化により部分的に剥離した場合、当該配
線が、その剥離後の部分にて、その近傍の抵抗性負荷と
の間で、自動車の振動に伴い断続的な短絡を生じたと
き、これにより流れる断続的小異常電流によっては、ヒ
ューズは、溶断する程には熱を蓄積しない。

【０００４】一方、上記のような断続的な短絡でも、そ
の周辺に可燃物が存在すると、当該配線の剥離後の部分
における断続的な発熱のために、当該可燃物に発火を招
く可能性も予測される。そこで、本発明は、以上のよう
なことに対処するため、ヒューズが溶断しにくい配線系
統の断続的な短絡によっても、ヒューズに依存すること
なく、配線系統に流れる電流を遮断するようにした車両
用異常電流遮断装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題の解決にあた
り、 請求項１及び２に記載の発明によれば、検出手段
は、車両に搭載した電源と電気的負荷との間に接続して
なる配線系統に流れる電流を検出し検出出力を発生す
る。そして、第１判定手段は、上記検出出力が瞬時の大
異常電流に対応する第１異常値であるときこれを異常と
判定する。また、第２判定手段は、上記検出出力が断続
的小異常電流に対応する第２異常値であるときこれを異
常と判定する。

【０００６】すると、電流遮断手段は、第１又は第２の
判定手段による異常との判定に基づき配線系統の電流の
流れを遮断する。これにより、大異常電流が配線系統に
瞬時に流れた場合及び断続的な小異常電流が配線系統に
流れた場合のいずれにおいても、ヒューズに依存するこ
となく、これらの電流が電流遮断手段によりタイミング
よく遮断される。

【０００７】その結果、上記大異常電流のみならず断続
的な小異常電流によって配線系統や電気的負荷に発火の
原因を与えることがない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
に基づいて説明する。 （第１実施形態）図１は車両に搭載された本発明に係る
異常電流遮断装置の第１実施形態を示している。

【０００９】この異常電流遮断装置は、電流センサ２０
を備えており、この電流センサ２０は、当該車両に搭載
した直流電源１０と電気的負荷４０との間に接続した配
線系統Ｌに介装されている。電流センサ２０は、シャン
ト抵抗２１と、両分圧器２２、２３とを備えている。シ
ャント抵抗２１は、その一端にて、配線系統Ｌのワイヤ
ハーネスＬ１を通して直流電源１０の正側端子に接続さ
れており、このシャント抵抗２１の他端は、配線系統Ｌ
のワイヤハーネスＬ２、ＭＯＳＦＥＴ３０及び配線系統
ＬのワイヤハーネスＬ３を通し電気的負荷４０に接続さ
れている。

【００１０】そして、このシャント抵抗２１は、その流
入電流応じた端子電圧を発生する。この端子電圧は電気
的負荷４０の駆動時に消費される電流に応じて変動す
る。各分圧器２２、２３は、シャント抵抗２１の各端子
に生ずる電圧を分圧してそれぞれ分圧電圧を発生する。
また、ＭＯＳＦＥＴ３０は、電流遮断素子として機能す
るＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴであり、このＭＯＳＦＥ
Ｔ３０は、そのドレイン端子にて、ワイヤハーネスＬ２
を介しシャント抵抗２１の他端に接続されており、この
ＭＯＳＦＥＴ３０のソース端子は、ワイヤハーネスＬ３
及び電気的負荷４０を通して当該車両にボデーアースさ
れている。

【００１１】そして、ＭＯＳＦＥＴ３０は、そのオンに
より、直流電源１０からの電流を、ワイヤハーネスＬ
１、シャント抵抗２１、ワイヤハーネスＬ２及びワイヤ
ハーネスＬ３を通して電気的負荷４０に流す。また、Ｍ
ＯＳＦＥＴ３０は、そのオフにより、直流電源１０から
電気的負荷４０への電流の流入を遮断する。また、異常
電流遮断装置は、両分圧器２２、２３に接続した差動増
幅器５０と、この差動増幅器５０に接続したデッドショ
ート判定回路Ｄ及びレアショート判定回路Ｒとを備えて
いる。

【００１２】差動増幅器５０は、両分圧器２２、２３か
らの各分圧電圧を差動増幅して差動増幅電圧を発生す
る。デッドショート判定回路Ｄは、コンパレータ６０を
備えており、このコンパレータ６０は、差動増幅器５０
からの差動増幅電圧を抵抗６１を通して受け、この差動
増幅電圧を、閾値電圧発生器６２からの閾値電圧ＴＨと
比較する。ここで、この閾値電圧ＴＨは、ＭＯＳＦＥＴ
３０の定格電流及び配線系統Ｌの定格電流のうち小さい
方、即ち、配線系統Ｌに流れる瞬時の大異常電流に対応
する電圧に設定されている。

【００１３】そして、上記差動増幅電圧が上記閾値電圧
ＴＨよりも高いとき、コンパレータ６０はハイレベルに
て比較出力を発生する。この比較出力は、上記差動増幅
電圧が上記閾値電圧ＴＨよりも低いとき、ローレベルと
なる。なお、コンパレータ６０の出力端子は、抵抗６３
によりプルアップされている。ラッチ回路７０は、コン
パレータ６０のハイレベルの比較出力をラッチしてその
出力端子Ｑから出力する。

【００１４】レアショート判定回路Ｒは、コンパレータ
８０を備えており、このコンパレータ８０は、差動増幅
器５０からの差動増幅電圧を抵抗８１を通して受け、こ
の差動増幅電圧を、閾値電圧発生器８２からの閾値電圧
ｔｈと比較する。ここで、この閾値電圧ｔｈは、配線系
統Ｌのワイヤハーネスの被覆が部分的に剥離したときこ
のワイヤハーネスがその剥離後の部分にてその近傍の抵
抗性負荷と当該車両の振動に伴い断続的に短絡すること
で流れる断続的な小異常電流に対応する電圧に設定され
ている。なお、閾値電圧ｔｈは、上記断続的な短絡に起
因する小異常電流に対応する電圧に限ることなく、一般
的に、ワイヤハーネスに小異常電流に対応する電圧であ
ればよい。

【００１５】そして、上記差動増幅電圧が上記閾値電圧
ｔｈよりも高いとき、コンパレータ８０はハイレベルに
て比較出力を発生する。この比較出力は、上記差動増幅
電圧が上記閾値電圧ｔｈよりも低いとき、ローレベルと
なる。なお、コンパレータ８０の出力端子は、抵抗８３
によりプルアップされている。ｎ進カウンタ９０はコン
パレータ８０の比較出力のハイレベルへの変化回数を計
数し、この計数値が所定回数（例えば、４回）を表す値
に達したとき計数出力を発生する。なお、リセット回路
１００は、所定時間間隔（例えば０．２秒間）でもって
ｎ進カウンタ９０を繰り返しリセットする。当該所定時
間間隔は図３（ｃ）にて示すｎ進カウンタ９０のリセッ
ト間隔と同じである。

【００１６】ラッチ回路１１０は、ｎ進カウンタ９０の
計数出力をラッチしてその出力端子Ｑから出力する。な
お、リセット回路１２０は、両ラッチ回路７０、１１０
を初期的にリセットする。また、異常電流遮断装置は、
ＯＲゲート１３０を備えており、このＯＲゲート１３０
は、両ラッチ回路７０、１１０のラッチ出力の一方を受
けてトランジスタ１４０のベースに出力する。

【００１７】トランジスタ１４０は、両ラッチ回路７
０、１１０のラッチ出力の一方を受けてオンしＭＯＳＦ
ＥＴ３０をオフする。トランジスタ１４０はそのオフ時
にＭＯＳＦＥＴ３０をオンする。なお、図１にて符号１
５０は、ＭＯＳＦＥＴ３０のためのチャージポンプ回路
を示す。ＭＯＳＦＥＴ３０がＮチャンネル型であるため
に、このＭＯＳ−ＦＥＴのオン時（即ち、トランジスタ
１４０のオフ時）には、ゲート電圧をソース電圧よりも
高くする必要がある。このため、直流電源１０の電圧の
２倍の電圧を発生させるためにチャージポンプ回路１５
０が採用されている。

【００１８】従って、ＭＯＳＦＥＴ３０としてＰチャン
ネル型ＭＯＳ−ＦＥＴを使用する場合には、チャージポ
ンプ回路１５０は不要である。このように構成した本第
１実施形態において、トランジスタ１４０のオフのもと
ＭＯＳＦＥＴ３０のオン状態にて配線系統Ｌに何らかの
原因で完全な短絡（デッドショート）が発生すると、直
流電源１０から大異常電流がシャント抵抗２１に瞬時に
流れる。

【００１９】これに伴い、このシャント抵抗２１の各端
子に生ずる電圧が各分圧器２２、２３により分圧されて
差動増幅器５０により差動増幅される。すると、この差
動増幅器５０の差動増幅電圧がコンパレータ６０により
閾値電圧発生器６２の閾値電圧ＴＨと比較されるととも
にコンパレータ８０により閾値電圧発生器８２の閾値電
圧ｔｈと比較される。

【００２０】ここで、上述のごとく、シャント抵抗２１
には大異常電流が瞬時に流れているため、上記差動増幅
電圧は閾値電圧ＴＨよりも高い（図２（ａ）参照）。こ
のため、コンパレータ６０がハイレベルにて比較出力
（図２（ｂ）参照）を発生し、ラッチ回路７０がこの比
較出力をラッチしラッチ出力（図２（ｃ）参照）として
ＯＲゲート１３０に出力する。

【００２１】このことは、デッドショート判定回路Ｄが
デッドショートとの判定に基づきラッチ回路７０のラッ
チ出力をＯＲゲート１３０に出力することを意味する。
これに伴い、トランジスタ１４０がＯＲゲート１３０に
よりラッチ回路７０のラッチ出力を付与されてオンして
出力電圧（図２（ｄ）参照）をローレベルに低下させる
ことでＭＯＳＦＥＴ３０をオフする。

【００２２】これにより、直流電源１０から配線系統Ｌ
を通り電気的負荷４０に流れる大異常電流がＭＯＳＦＥ
Ｔ３０によりタイミングよく遮断される。その結果、配
線系統Ｌや電気的負荷４０にデッドショートに起因する
発火の原因を与えることがない。なお、上記差動増幅電
圧は閾値電圧ｔｈよりも高くなり、コンパレータ８０が
ハイレベルにて比較出力を発生するが、このコンパレー
タ８０の比較出力のハイレベルへの変化は一回だけであ
るから、ｎ進カウンタ９０の出力はなく、ラッチ回路１
１０の出力もない。

【００２３】また、配線系統Ｌのワイヤハーネスの被覆
が部分的に剥離すると、このワイヤハーネスが、その剥
離後の部分にて、車両の振動（例えば、エンジンの回転
振動）に伴い、その近傍の抵抗性負荷と断続的に短絡
（レアショート）する。この断続的短絡は、上記デッド
ショートには至らないまでも、上記抵抗性負荷を介し
て、数１０（Ｈｚ）の間隔でシャント抵抗２１に断続的
な小異常電流を流す。

【００２４】このため、この断続的な小異常電流に応じ
てシャント抵抗２１の各端子に生ずる電圧に基づき差動
増幅器５０から差動増幅電圧が生ずると、この差動増幅
電圧が断続的に閾値電圧ｔｈを超えて、コンパレータ８
０の比較出力が断続的にハイレベルとなる（図３
（ａ）、（ｂ）参照）。これに伴い、この比較出力の断
続的なハイレベルへの変化回数がｎ進カウンタ９０によ
りリセット回路１００による上記所定時間間隔の間計数
される。

【００２５】そして、ｎ進カウンタ９０が上記所定回数
の計数により計数出力を発生すると、この計数出力がラ
ッチ回路１１０によりラッチされてラッチ出力（図３
（ｄ）参照）としてＯＲゲート１３０を通りトランジス
タ１４０のベースに付与される。このことは、レアショ
ート判定回路Ｒがレアショートとの判定に基づきラッチ
回路１１０のラッチ出力をＯＲゲート１３０を通しトラ
ンジスタ１４０に出力することを意味する。

【００２６】このため、トランジスタ１４０がオンして
その出力電圧（図３（ｅ）参照）をローレベルに低下さ
せることでＭＯＳＦＥＴ３０をオフする。これにより、
直流電源１０から配線系統Ｌを通り電気的負荷４０に流
れる断続的な小異常電流がＭＯＳＦＥＴ３０によりタイ
ミングよく遮断される。その結果、配線系統Ｌや電気的
負荷４０にレアショートに起因する発火の原因を与える
ことがない。

【００２７】なお、リセット回路１００による上記所定
時間間隔の終了前後をまたいで、コンパレータ８０の比
較出力がｎ進カウンタ９０に入力される場合には、ｎ進
カウンタ９０から計数出力が発生しない。これにより、
レアショートによるＭＯＳＦＥＴ３０のオフが不能とな
る。この場合、最大、上記所定時間間隔分の遅れが生じ
る可能性はあるが、この程度の時間では発火には至らな
い。

【００２８】従って、上記またぎによる入力に基づく上
記所定回数以下の断続的短絡に関しては、ＭＯＳＦＥＴ
３０がオフしなくてもいいように、上記所定時間間隔を
適正に設定する。以上説明したように、従来のようにヒ
ューズを採用しなくても、デッドショート判定回路Ｄ及
びレアショート判定回路Ｒを用いることで、デッドショ
ートに起因する場合は勿論のこと、レアショートに起因
する当該車両の電気系統の発火の原因の発生をも確実に
防止することができる。

【００２９】（第２実施形態）図４及び図５は、本発明
の第２実施形態を示している。この第２実施形態では、
マイクロコンピュータ１６０が、上記第１実施形態にて
述べたデッドショート判定回路Ｄ及びレアショート判定
回路Ｒに代えて、差動増幅器５０とＯＲゲート１３０と
の間に接続されている。

【００３０】マイクロコンピュータ１６０は、図５にて
示すフローチャートに従い、コンピュータプログラムを
実行し、この実行中において、デッドショート判定回路
Ｄ及びレアショート判定回路Ｒの各機能と実質的に同様
の機能を果たすように演算処理をする。その他の構成は
上記第１実施形態と同様である。このように構成した本
第２実施形態において、マイクロコンピュータ１６０が
図５のフローチャートに従いコンピュータプログラムの
実行を開始すると、ステップ２００にて、計数データＣ
がＣ＝０とクリアされる。

【００３１】しかして、上記第１実施形態と同様に差動
増幅器５０から差動増幅電圧が発生すると、ステップ２
１０において、当該差動増幅電圧がマイクロコンピュー
タ１６０に入力されるとともにディジタル変換される。
なお、このディジタル変換後の電圧を差動増幅電圧とい
う。ここで、当該差動増幅電圧が上記第１実施形態にて
述べた閾値電圧ＴＨよりも高ければ、ステップ２２０に
おける判定がＹＥＳとなり、ステップ２２１において、
配線系統Ｌに上記デッドショートが発生したと判定され
る。

【００３２】これに伴い、ステップ２２２において、デ
ッドショートに基づくＭＯＳＦＥＴ３０による電流遮断
処理がなされる。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ３０をオフ
するための第１出力信号がＯＲゲート１３０を通しトラ
ンジスタ１４０に出力される。このため、このトランジ
スタ１４０がオンしてＭＯＳＦＥＴ３０をオフする。こ
れにより、上記第１実施形態と同様に、直流電源１０か
ら配線系統Ｌを通り電気的負荷４０に流れる大異常電流
がＭＯＳＦＥＴ３０によりタイミングよく遮断される。
その結果、配線系統Ｌや電気的負荷４０にデッドショー
トに起因する発火の原因を与えることがない。

【００３３】また、ステップ２２０における判定がＮＯ
となる場合には、差動増幅電圧が閾値電圧ｔｈと比較判
定される。ここで、差動増幅電圧が閾値電圧ｔｈよりも
高ければ、ステップ２２３における判定がＹＥＳとな
る。そして、ステップ２２４において、計数データＣ
が、ステップ２００におけるＣ＝０のもとにＣ＝Ｃ＋１
と加算更新され、ステップ２４ａにて、マイクロコンピ
ュータ１６０に内蔵のタイマがリセット始動される。こ
れにより、当該タイマは、計時を開始する。

【００３４】現段階では、ステップ２２３における最初
のＹＥＳとの判定後の経過時間が所定時間ｔ（上記第１
実施形態にて述べたリセット回路１００によるリセット
時間間隔に等しい）に達していないので、上記タイマの
計時時間に基づきステップ２３０における判定はＮＯと
なる。また、計数データＣは所定回数ｎ（上記第１実施
形態にて述べた所定回数に等しい）に達していないた
め、ステップ２４０における判定はＮＯとなる。

【００３５】その後、ステップ２４０における判定がＹ
ＥＳになると、ステップ２４１において、上記レアショ
ートと判定され、ステップ２４２にてレアショートに基
づくＭＯＳＦＥＴ３０による電流遮断処理がなされる。
具体的には、ＭＯＳＦＥＴ３０をオフするための第２出
力信号がＯＲゲート１３０を通しトランジスタ１４０に
出力される。

【００３６】このため、トランジスタ１４０がオンして
ＭＯＳＦＥＴ３０をオフする。これにより、上記第１実
施形態と同様に、直流電源１０から配線系統Ｌを通り電
気的負荷４０に流れる断続的な小異常電流がＭＯＳＦＥ
Ｔ３０によりタイミングよく遮断される。その結果、配
線系統Ｌや電気的負荷４０にレアショートに起因する発
火の原因を与えることがない。

【００３７】なお、ステップ２３０におけるＮＯとの判
定前に、当該ステップ２３０にて、上記タイマの計時時
間に基づきＹＥＳとの判定がなされる場合には、ステッ
プ２３１にて上記タイマがリセットされ、コンピュータ
プログラムはステップ２００に戻る。以上説明したよう
に、本第２実施形態によれば、従来のようにヒューズを
採用しなくても、マイクロコンピュータ１６０による上
記演算処理でもって、デッドショートに起因する場合は
勿論のこと、レアショートに起因する当該車両の電気系
統の発火の原因の発生をも確実に防止することができ
る。

【００３８】なお、本発明の実施にあたっては、ＭＯＳ
ＦＥＴ３０に代えて、半導体スイッチング素子や、電磁
リレーをも含めたスイッチング素子を採用して実施して
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図であ
る。

【図２】デッドショートの場合の図１の主要構成素子の
出力波形を示すタイミングチャートである。

【図３】レアショートの場合の図１の主要構成素子の出
力波形を示すタイミングチャートである。

【図４】本発明の第２実施形態を示す要部ブロック図で
ある。

【図５】図４のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。

【図６】従来の配線系統にヒユーズを接続した回路図で
ある。

【符号の説明】

１０…直流電源、２０…電流センサ、３０…ＭＯＳＦＥ
Ｔ、４０…電気的負荷、５０…差動増幅器、６０、８０
…コンパレータ、６２、８２…閾値電圧発生器、７０、
１１０…ラッチ回路、９０…ｎ進カウンタ、１００…リ
セット回路、１３０…ＯＲゲート、Ｄ…デッドショート
判定回路、Ｒ…レアショート判定回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 育生 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 秋山 進 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 河合 政治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に搭載した電源（１０）と電気的負
   荷（４０）との間に接続してなる配線系統（Ｌ）に流れ
   る電流を検出し検出出力を発生する検出手段（２０）
   と、 前記検出出力が瞬時の大異常電流に対応する第１異常値
   であるときこれを異常と判定する第１判定手段（Ｄ、２
   ２０、２２１）と、 前記検出出力が断続的小異常電流に対応する第２異常値
   であるときこれを異常と判定する第２判定手段（Ｒ、２
   ２３、２２４、２４０、２４１）と、 前記第１又は第２の判定手段による異常との判定に基づ
   き前記配線系統の電流の流れを遮断する電流遮断手段
   （３０）とを備えた車両用配線系統異常電流遮断装置。
2. 【請求項２】前記検出手段は、前記検出出力を検出電圧
   として出力し、 前記第１判定手段は、 前記第１異常値に対応する第１閾値電圧を発生する第１
   閾値電圧発生手段（６２）と、 前記検出電圧を前記第１閾値電圧と比較する第１比較手
   段（６０、２２０）とを備えて、 前記検出電圧が前記第１閾値電圧を超えたときに前記第
   １比較手段から生ずる比較出力でもって、異常と判定
   し、 前記第２判定手段は、 前記第２異常値に対応する第２閾値電圧を発生する第２
   閾値電圧発生手段（８２）と、 前記検出電圧を前記第２閾値電圧と比較する第２比較手
   段（８０、２２３）と、 前記検出電圧が前記第２閾値電圧を超えたときに前記第
   ２比較手段から生ずる比較出力の回数を計数する計数手
   段（９０、２２４）とを備えて、 この計数手段の計数値が所定回数を表す値に達したと
   き、異常と判定し、 前記電流遮断手段は、前記第１又は第２の判定手段によ
   る異常との判定に基づき前記配線系統の電流の流れを遮
   断するスイッチング素子であることを特徴とする請求項
   １に記載の車両用配線系統異常電流遮断装置。