WO2020196465A1

WO2020196465A1 - 保護システム

Info

Publication number: WO2020196465A1
Application number: PCT/JP2020/012863
Authority: WO
Inventors: 岩城　秀樹; 渡辺　英樹
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2020-10-01
Also published as: JP7554972B2; CN113574624A; US20220158433A1; US11923672B2; US20240170942A1; DE112020001447T5; JPWO2020196465A1; US12230954B2; CN113574624B

Abstract

保護システムは、第１正電位端子と、第２正電位端子と、第１接触部と第２接触部との接触または離間によって開閉する第１リレーと、ヒューズと、を有する。前記第１リレーおよび前記ヒューズは前記第１正電位端子と前記第２正電位端子との間で直列に接続され、前記第１リレーに閾値電流を超える電流が流れると、第１時間に前記第１リレーでは、前記第１接触部と前記第２接触部とが離間し、前記第１接触部と前記第２接触部が離間すると、前記第１接触部と前記第２接触部との間でアーク放電が発生し、第２時間に、前記ヒューズの前記第１電極と前記第２電極との間でアーク放電が発生し、前記第２時間から第３時間までの間、前記第１リレーおよび前記ヒューズの両方でアーク放電が発生し、かつ、前記ヒューズの前記第１電極と前記第２電極との電位差が上昇し、第４時間で前記第１正電位端子と前記第２正電位端子の間は遮断される。

Description

保護システム

　本開示は、各種電気機器に使用される保護システムに関する。

　以下、従来の保護装置に用いるリレーについて説明する。従来のリレーは第１回路部と第２回路部とを電気的に接続あるいは遮断するために、可動端子と固定端子とを接触状態あるいは離間状態となるように制御されている。

　なお、この出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

特開２０１２－１９９１３６号公報

　従来のリレーでは、可動端子と固定端子とが接点を介して接続状態となっているときに大電流が可動端子と固定端子との接点に流れる。可動端子と固定端子との接触部分の面積が小さいと、接触部分に大きな電流が集中して流れる。これに伴って接点の間には反発磁力が発生し、接点が離間状態となってアークが発生することがある。そして、アークが発生することで接点に破損が生じ、可動端子と固定端子との接点に流れる電流が不安定になり、リレーに対する制御に時間を要することがある。

　そこで、リレーの可動部の押圧力を大きくすることにより、可動端子と固定端子との間で発生する磁気反発力よりも大きな押圧力を可動部に与え、可動端子と固定端子との接点の接触状態を安定化させている。別の方法として、可動端子または固定端子を特殊な形状にし、磁気反発力を抑制することで、可動端子と固定端子との接触状態を安定化させている。

　しかしながら、上述した構成では、リレーまたはリレーを含む保護装置が大型化してしまう。また、リレーまたはリレーを含む保護装置の重量が増大してしまう。

　そこで本開示は、従来の保護システムを小型化することを目的とする。

　本開示の保護システムは、第１正電位端子と、第２正電位端子と、第１接触部と第２接触部とを有し、前記第１接触部と前記第２接触部との接触または離間によって開閉する第１リレーと、第１電極と第２電極とを有するヒューズと、を備え、前記第１リレーおよび前記ヒューズは前記第１正電位端子と前記第２正電位端子との間で直列に接続され、前記第１リレーに閾値電流を超える電流が流れると、前記第１リレーに流れる電流が前記閾値電流を超えた後の第１時間に前記第１リレーでは、前記第１接触部と前記第２接触部とが離間し、前記第１接触部と前記第２接触部が離間すると、前記第１接触部と前記第２接触部との間でアーク放電が発生し、前記第１時間より後の第２時間に、前記ヒューズの前記第１電極と前記第２電極との間でアーク放電が発生し、前記第２時間から前記第２時間より後の第３時間までの間、前記第１リレーおよび前記ヒューズの両方でアーク放電が発生し、かつ、前記ヒューズの前記第１電極と前記ヒューズの前記第２電極との電位差が上昇し、前記第３時間より後の第４時間で前記第１正電位端子と前記第２正電位端子の間は遮断される。

本開示の実施の形態における保護装置の構成を示すブロック図本開示の実施の形態における保護システムの構成を示すブロック図本開示の実施の形態における保護装置の電流電圧特性を示す図本開示の実施の形態における保護装置のインピーダンス特性図を示す図本開示の別の実施の形態における保護システムの構成を示すブロック図本開示の別の実施の形態における保護システムの構成を示すブロック図本開示の別の実施の形態における保護システムの構成を示すブロック図

　（実施の形態）
　以下、本開示の実施の形態について図面を用いて説明する。

　図２は本開示の実施の形態における保護システム１１Ａの構成を示すブロック図である。なお、図１は、図２に示す保護システム１１Ａに用いられる保護装置１１を示す図である。

　なお、図１および図２において同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する場合がある。

　図２に示すように、保護装置１１は、正電位側の端子（端子１２）と、正電位側の端子（端子１３）と、リレー１４と、ヒューズ１５と制御部１６とを含む。制御部１６は、リレー駆動部２３を含む。なお、本実施の形態では、制御部１６がリレー駆動部２３を含んでいるが、制御部１６とリレー駆動部２３は別に構成してもよい。リレー１４とヒューズ１５とは、端子１２と端子１３との間で直列に接続されている。リレー１４は、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの接触により閉じられ、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの離間によって開けられる。ヒューズ１５は、電極１５Ａと電極１５Ｂとを有する。

　なお、本開示では、正電位側の端子を『正電位端子』と表し、負電位側の端子を『負電位端子』と表す場合がある。

　次に、リレー１４とヒューズ１５の電流の変化について、図２および図３を参照しながら説明する。

　保護システム１１Ａは、リレー１４に流れる電流Ｉがリレー１４の短絡耐量電流Ｉｔｈ１（閾値電流）よりも大きな電流値になると、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが互いに離間し、接触部１４Ａと接触部１４Ｂと間でアーク放電が発生する。図３に、リレー１４に流れる電流Ｉが短絡耐量電流Ｉｔｈ１より大きくなるタイミングを時間Ｔ１で示す。つまり、時間Ｔ１では、接触部１４Ａと接触部１４Ｂが離間し、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間でアーク放電が発生する。なお、この時、ヒューズ１５は接続されており、ヒューズ１５ではアーク放電は発生していない。

　さらに時間が経過するとヒューズ１５が切断し、時間Ｔ２において、ヒューズ１５はアーク放電を発生し始める。つまり、時間Ｔ２から時間Ｔ３では、リレー１４とヒューズ１５の両方において、アーク放電が発生している。そして、ヒューズ１５の一方の電極（電極１５Ａ）と他方の電極（電極１５Ｂ）との間の電位差は上昇する。

　その後、電極１５Ａと電極１５Ｂとの電位差は低下し、時間Ｔ３で電流Ｉは急激に低下し始める。その後、時間Ｔ４において、端子１２と端子１３との間に流れる電流は完全に遮断される。

　本実施の形態における保護システム１１Ａにおいては、電流Ｉの過電流がリレー１４に流れたことによって（電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１を超えることによって）、接触部１４Ａと接触部１４Ｂが離間し、リレー１４でアーク放電が開始する（時間Ｔ１）。さらに、リレー１４におけるアーク放電によって電流Ｉが過電流である状態を維持した状態で、更にヒューズ１５にもアーク放電を開始する（時間Ｔ２）。その後、リレー１４とヒューズ１５の両方のアーク放電を維持した状態で、ヒューズ１５両端のインピーダンスを急激に上昇させる（図４の時間Ｔ２～時間Ｔ３参照）。ヒューズ１５の両端（電極１５Ａ、電極１５Ｂ）のインピーダンスを急激に上昇させ、ヒューズ１５の両端（電極１５Ａ、電極１５Ｂ）の電位差を一旦上昇させた後、低下させる。このとき、保護システム１１Ａに流れる電流は低下する。

　つまり、リレー１４とヒューズ１５との双方にアークが発生している状態にすることにより、リレー１４とヒューズ１５との双方のインピーダンスが急激に上昇する。よって本実施の形態では、端子１２と端子１３との間を短時間で電気的に遮断状態とすることができる。その結果、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの接続状態を強制的に維持するための機構が必要ではなくなり、リレー１４を小型化できる。

　本実施の形態の保護システム１１Ａでは、ヒューズ１５を短時間で高インピーダンス状態とすることができ、かつ、保護システム１１Ａを小型化することができる。

　以下で本実施の形態における保護システム１１Ａの更に詳細について説明する。

　先に述べたように、保護システム１１Ａは、端子１２（正電位側の端子）と、端子１３（正電位側の端子）と、リレー１４と、ヒューズ１５と、制御部１６とを含む。ヒューズ１５は、溶断ヒューズであっても、起爆型ヒューズであってもよい。ヒューズ１５に起爆型ヒューズが用いられる場合は、制御部１６からヒューズ１５へ発信される信号などによって起爆のタイミングが制御される。

　次に、ヒューズ１５として溶断ヒューズが用いられた場合について説明する。

　保護システム１１Ａは保護装置１１と制御部１６とによって構成されており、保護装置１１には、正電位側の端子である端子１２と、正電位側の端子である端子１３と、リレー１４と、ヒューズ１５とが設けられている。

　保護システム１１Ａに流れる電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１以下であり、かつ、リレー１４に対する導通および遮断に関する制御が可能なときは、保護装置１１による電力の遮断は、制御部１６からの信号によって制御が可能である。

　一方、保護システム１１Ａに流れる電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きいときは、保護装置１１による電力の遮断は、以下の通り行われる。電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きいとき、制御部１６からリレー１４に対して発信される制御信号によって、リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂが離れていても、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間にアーク放電が発生する。よって、制御部１６のみでリレーの遮断を制御することは不可能である。

　そこで本実施の形態では、保護装置１１による電力の遮断は、過電流状態でリレー１４に生じるアーク放電およびヒューズ１５に生じるアーク放電を利用し、リレー１４とヒューズ１５とが共働して、それぞれのインピーダンスを変化させることによって行われる。

　以下、詳細に説明する。

　リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが互いに離間しない状態になっている保護装置１１に流れる電流の上限値を第１閾値Ｉｔｈ１とする。第１閾値Ｉｔｈ１を越えた電流Ｉが保護装置１１に流れると、リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが互いに離間し、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間にアーク放電が発生する。接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間にアーク放電が発生すると、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとは互いに電気的に接続されている状態が続く。接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間にアーク放電が発生している状態では、ヒューズ１５が溶断状態であってもヒューズ１５ではアーク放電が発生する。その後、リレー１４とヒューズ１５の双方でのアーク放電の変化に伴って、リレー１４とヒューズ１５のインピーダンスが時間の経過とともに上昇することで、保護装置１１は遮断状態になる。

　制御部１６は端子１２に流れる電流Ｉを電流センサ１７で、常時検出する。電流センサ１７はホール素子などの磁電変換素子を用いた電流センサであってよい。電流センサ１７は、シャント抵抗などを用いた電流センサであってもよい。また、電流Ｉに対する演算は電流センサ１７で行ってもよい。電流Ｉに対する演算は、制御部１６で行ってもよい。ここでは、制御部１６は端子１２に流れる電流Ｉを電流センサ１７で検出することを一例としているが、これに限定されない。電流Ｉの検出は、リレー１４に流れる電流を検出することによって行ってもよい。電流Ｉをヒューズ１５に流れる電流を検出することによって行ってもよい。

　図２に示す本実施の形態では端子１２には直流電源１８が接続されている。また、端子１３には負荷１９が接続されている。言い換えると、図２では直流電源１８から負荷１９へ、つまり、図中の左から右へと電力が供給される。本開示の保護システムは、図２に示す形態には限定されず、端子１２に直流電源１８が接続され、端子１３には充電電源が接続されていて（図示せず）、図中の右から左へと電力が供給される形態であってもよい。

　端子１２と端子１３との間には、リレー１４とヒューズ１５が直列に接続されている。ここでは直流電源１８の極性は記載していないが、リレー１４とヒューズ１５は正電位側の端子（端子１２と端子１３との間）に直列に接続されている。なお、リレー１４とヒューズ１５は、図５に示すように負電位側の端子（端子２０と端子２１の間）に直列に接続されていてもよい。

　なお、図２に示す保護システム１１Ａにおいては、図１に示す保護装置１１の代わりに図５に示す保護装置１１を用いてもよい。図１に示す保護装置１１と図５に示す保護装置１１との違いは、図５に示す保護装置１１は、端子２０と端子２１との間にリレー２２が更に設けられている点である。

　ここで図５に示す保護装置１１について詳細に説明する。

　図５に示すように、端子１２と端子１３との間でリレー１４とヒューズ１５との直列体は正電位に接続されている。端子２０と端子２１との間に、リレー２２が接続されている。端子２０と端子２１との間でリレー１４とヒューズ１５との直列体は負電位に接続され、端子１２と端子１３との間に、リレー２２が接続されている。

　ここで、リレー１４とリレー２２は、制御部１６（図２参照）によって動作が制御される。より詳細には、リレー１４は、制御部１６から供給される電流と電圧によって巻線部（図示せず）に励起される磁力を用いて接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが離間あるいは接触することで、遮断状態や接続状態に制御される。同様に、リレー２２は、制御部１６から供給される電流と電圧によって巻線部（図示せず）に励起される磁力を用いて接触部２２Ａと接触部２２Ｂとが離間あるいは接触することで、遮断状態や接続状態に制御される。

　ここで、リレー１４とリレー２２とは、実質的に同じ特性であり、制御部１６（図２参照）はリレー１４とリレー２２とに対して同一の制御を行う。また、以下で説明するアークの発生やインピーダンスの変化についても、リレー１４とリレー２２とでは実質的に同様の変化や動態が示される。そのため、以下の説明では、主にリレー１４に対する説明を行う。

　端子１２に流れる電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１よりも小さな電流値であるとき、リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとは制御部１６による開閉の制御が可能な状態となっている。端子１２に流れる電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１よりも小さな電流値であり、かつ、ヒューズ１５の溶断電流よりも大きな電流が流れた場合は、ヒューズ１５が溶断されることによって端子１２と端子１３との間の導通は遮断される。場合によっては、ヒューズ１５によって端子１２と端子１３との間の導通が遮断される前に、制御部１６がリレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間を離間させてリレー１４が遮断状態になる場合がある。

　ここで、詳しく説明すると、電流Ｉについての第１閾値Ｉｔｈ１は、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが互いに離間するか、離間しないかの境界の値である。電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１より大きいとき、リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが離間していても、アークが発生している。つまり、電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１より大きいときは、制御部１６だけでは保護装置１１は制御できない。

　しかしながら厳密には、第１閾値Ｉｔｈ１よりも僅かに低い値の第２閾値Ｉｔｈ２と、第１閾値Ｉｔｈ１との間ではリレー１４の接続状態が不安定な領域が存在する。つまり、第１閾値Ｉｔｈ１より僅かに電流が小さい時、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間に磁気反発力が発生し、接続状態が不安定になる場合がある。つまり、厳密に言うと、第１閾値Ｉｔｈ１以下の電流Ｉが流れている状態であっても、必ずしも制御部１６によるリレー１４に対する遮断と接続の制御が可能な状態となっていない場合がある。

　そこで、本実施の形態では、リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間にアークが発生する電流値を、第１閾値Ｉｔｈ１として説明する。

　端子１２に流れる電流Ｉが負荷１９の短絡などの要因によって時間Ｔ１において第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きな電流値となると、時間Ｔ１で制御部１６の制御によらずに接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが、時間Ｔ１までに接触していた状態から離間した状態となる。これは、端子１２に流れる電流Ｉが過電流となることに伴って接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間に発生する磁気反発力によって生じることに起因する。そして、離間した状態となっている接触部１４Ａと接触部１４Ｂと間にアーク放電が発生する。電流Ｉが初期時間Ｔ１で第１閾値Ｉｔｈ１を超えた後、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの間、リレー１４ではアーク放電が発生する。

　ここで、先にも述べたように第１閾値Ｉｔｈ１はリレー１４の短絡耐量電流よりも大きな値の電流値とし、アーク放電が必ず発生する値、または、アーク放電が必ず発生する値に準じた電流値とすればよい。端子１２に流れる電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きくなることで、接触部１４Ａと接触部１４Ｂと間に生じる磁気的反発力が、リレー１４における接触部１４Ａと接触部１４Ｂとを互いに押圧する力よりも大きくなる。これにより、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間に先ずアーク放電が発生する。

　また、上記の手順とは異なる手順として初期時間Ｔ０で電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きな値となったことを制御部１６が検知すると、制御部１６は接触部１４Ａと接触部１４Ｂとを離間状態とする指示をリレー１４に行ってもよい。ここで制御部１６はリレー１４に内蔵する磁力を発生する巻線部（図示せず）へ供給する電流を減じることで、リレー１４に対する動作の制御を行ってもよい。

　制御部１６がリレー１４の両端の電位差にもとづいてリレー１４でアーク放電が発生したことを検知するのは図３における時間Ｔ１に相当する。時間Ｔ１から、リレー１４の両端の電位差が急激に上昇する。時間Ｔ１は、リレー１４の両端の電位差閾値Ｖｄ１よりも大きくなったタイミングとしてもよい。時間Ｔ１は、図４に示すリレー１４のインピーダンスが急激に上昇するタイミングにも相当する。

　そして、時間Ｔ１より後の時間Ｔ２で、ヒューズ１５においては、電極１５Ａと電極１５Ｂとの間でアーク放電が発生する。時間Ｔ２では、リレー１４のアーク放電よりもヒューズ１５のアーク放電が発生するように、リレー１４とヒューズ１５との特性が設定される必要がある。言い換えると、電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きくなってからリレー１４でアークが発生するまでの時間であるＴ１よりも、ヒューズ１５が溶断してヒューズ１５でアークが発生するまでの時間であるＴ２の方が後になるような特性を有する保護装置１１が用いられるとよい。ヒューズ１５の溶断条件は、第１閾値Ｉｔｈ１と実質的に同一あるいは、第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きく設定されている。一般的に、図３に示すように電流Ｉは、第１閾値Ｉｔｈ１を超えた後も過渡現象の影響などにより電流Ｉは上昇を継続し、時間Ｔ１以降、暫く経過した後、極大値となり、その後漸減する。このため、ヒューズ１５の溶断条件は、第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きくするとよい。

　先にも述べたように、ヒューズ１５は起爆による遮断を行う形態であってもよく、時間Ｔ２が起爆のタイミングであってもよい。

　別の方法として、制御部１６が、リレー１４が駆動するために必要とする電流や電圧を調整することによって、時間Ｔ１を調整してもよい。また、時間Ｔ１と時間Ｔ２との時間差とを調整して遮断に関する時間を制御してもよい。ここで、リレー１４を駆動させるために必要とする電流の供給または電圧の制御はリレー駆動部２３から行えばよい。リレー駆動部２３は制御部１６によって動作が制御される。なお、上述した通り、制御部１６にリレー駆動部２３が含まれていてもよいし、制御部１６とリレー駆動部２３とは、互いに別の回路ブロックであってもよい。

　さらにリレー１４とヒューズ１５の両方において、時間Ｔ２から時間Ｔ２より後の時間Ｔ３までの間、端子１２と端子１３との間を流れる電流Ｉによってアーク放電が発生する。先にも述べたように、図３に示すように、電流Ｉは第１閾値Ｉｔｈ１を超えた後も上昇し続けるため、リレー１４でアーク放電が発生している状態のまま、ヒューズ１５でもアーク放電が発生する。さらに、時間Ｔ２でヒューズ１５が接続状態からアーク放電による導通状態に変化することで、図４に示すように時間Ｔ２直後から、ヒューズ１５の電極１５Ａと電極１５Ｂとの間のインピーダンスが急激に上昇する。図３に示すように、電流Ｉは時間Ｔ１から時間Ｔ２の間で一度上昇した後、その後下がるが、時間Ｔ１から時間Ｔ２の間で電極１５Ａと電極１５Ｂとの電位差は少しずつ上昇し続ける。

　図３に示すように、時間Ｔ３が、ヒューズ１５の電極１５Ａと電極１５Ｂとの電位差がピークとなるタイミングに相当する。また、図４に示すように、時間Ｔ３が、時間Ｔ２から始まっているヒューズ１５におけるアーク放電によるインピーダンスの値が、時間Ｔ１から開始しているリレー１４のアーク放電によるインピーダンスの値と概ね一致し始めるタイミングである。そして、時間Ｔ３以降、暫くの間、リレー１４のアーク放電によるインピーダンスの値とヒューズ１５のアーク放電によるインピーダンスの値とが概ね一致した状態を継続する。言い換えると、リレー１４のアーク放電とヒューズ１５のアーク放電との両方が放電の過渡状態から定常状態に移行した後は、リレー１４とヒューズ１５が同じインピーダンスとなるもしくは、リレー１４のインピーダンスよりもヒューズ１５のインピーダンスが高くなるように、リレー１４およびヒューズ１５の定数は決定されているとよい。

　そして、時間Ｔ３以降においては、電極１５Ａと電極１５Ｂとの電位差と、端子１２と端子１３との間に流れる電流Ｉとの双方の値を低下させる。時間Ｔ３以降では先にも述べたように、リレー１４のアーク放電とヒューズ１５のアーク放電との両方のインピーダンスが上昇する。このため、電流Ｉは時間Ｔ１と時間Ｔ２との間から、第２時間Ｔ２、第３時間Ｔ３を経てさらに低下を続ける。そして、リレー１４のアーク放電とヒューズ１５アーク放電との両方のインピーダンスが上昇し続けるため、電流Iは時間Ｔ３以降に急激に低下する（図３参照）。ヒューズ１５の電極１５Ａと電極１５Ｂとの電位差も急激に低下する。

　これはいいかえると、リレー１４のアーク放電とヒューズ１５のアーク放電とを続けるのが難しい状態へと時間の経過とともに変化していることを表している。リレー１４のアーク放電とヒューズ１５のアーク放電との少なくとも一方が生じ難くなっている時間Ｔ２におけるインピーダンスよりも、時間Ｔ３には、インピーダンスが高い値になる。その後、リレー１４またはヒューズ１５の何れか一方のアーク放電が生じなくなることで、必然的に他方のアーク放電も生じなくなる。

　この結果、時間Ｔ３以降では端子１２と端子１３との間のインピーダンスは急激に上昇する。そして、リレー１４とヒューズ１５の少なくとも一方が短い時間で遮断状態となり、端子１２と端子１３との間は電気的に遮断された状態になる。

　本実施の形態では、リレー１４とヒューズ１５との双方に発生するアークによって、リレー１４とヒューズ１５との双方のインピーダンスを時間Ｔ１、時間Ｔ２、時間Ｔ３と時間の経過に伴って段階的に高くし、端子１２と端子１３との間を遮断状態とすることができる。このため、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとを強制的に接続状態を維持させる機構をリレー１４には設けずにヒューズ１５を短時間で高インピーダンス状態とすることができる。この結果として保護システム１１Ａの小型化が可能となる。

　なお、時間Ｔ３以降において、電極１５Ａと電極１５Ｂとの電位差と、電流Ｉとの双方の値を低下させ、時間Ｔ４で電極１５Ａと電極１５Ｂとの電位差を極小値としたうえで、時間Ｔ４で電流Ｉが遮断状態とされるとよい。

　先にも述べたように、時間Ｔ３以降では、リレー１４のアーク放電によるインピーダンスの値とヒューズ１５のアーク放電によるインピーダンスの値とが概ね一致した状態を継続することが望ましい。しかしながら、リレー１４とヒューズ１５とは構造的な差異があり、特にリレー１４では気体中でのアーク放電が生じる一方で、ヒューズ１５では気体と他の絶縁体との混合物においてアーク放電を生じさせている。このため、ヒューズ１５では時間Ｔ３以降でのアーク放電をリレー１４でのアーク放電に比較して急速に弱めることが可能となる。これにより、時間Ｔ４で電極１５Ａと電極１５Ｂとの電位差を極小値に設定することが可能となる。この結果、時間Ｔ４で、リレー１４とヒューズ１５とによって、端子１２と端子１３の間において、絶縁性が高い遮断状態に短時間で到達することができる。

　ここではさらに、電極１５Ａと電極１５Ｂとの間のインピーダンスは、時間Ｔ２から時間Ｔ３まで、および時間Ｔ３から時間Ｔ４までの双方の期間で上昇させ、時間Ｔ２から時間Ｔ３までのインピーダンスの上昇率は、時間Ｔ３から時間Ｔ４までのインピーダンスの上昇率よりも大きくするとよい。先にも述べたように、ヒューズ１５では時間Ｔ２で導体の溶断や破壊が始まり、時間Ｔ３でヒューズ１５のアーク放電による導通状態へと変化する。このため、時間Ｔ２から時間Ｔ３までのインピーダンスの上昇率は、時間Ｔ３以降でヒューズ１５のアーク放電による導通状態でのインピーダンスの上昇率に比較して大きくすることができる。これにより、時間Ｔ２以降での電流Ｉを大幅に低減することができる。言い換えると、電極１５Ａと電極１５Ｂの間の、時間Ｔ２から時間Ｔ３までのインピーダンスの上昇率を大きくすることによって短時間で電流Ｉを低下させることができる。この結果として、端子１２と端子１３との間は、短い時間で遮断状態となる。

　ここで、先にも述べた初期時間Ｔ０で電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きな値となったことを制御部１６が検知すると、制御部１６は接触部１４Ａと接触部１４Ｂとを離間状態とする指示をリレー１４に行う。この指示は時間Ｔ４以降も継続させてもよい。

　初期時間Ｔ０で電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１を越えた場合、制御部１６からリレー１４への指示にかかわらず、リレー１４のアーク放電は生じる。その後、時間Ｔ２でヒューズ１５が溶断して接続状態からアーク放電による導通状態に変化し、そして、時間Ｔ４や時間Ｔ４より後に、完全に保護システム１１Ａが遮断状態となった場合、リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが接触状態であっても、一旦消滅したヒューズ１５のアーク放電が再度生じることはない。よって、リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが接触状態であっても問題はない。

　この一方で、初期時間Ｔ０で電流Ｉが第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きな値となったことを制御部１６が検知すると、制御部１６は接触部１４Ａと接触部１４Ｂとを離間状態とする指示をリレー１４に行う、もしくは、リレー１４に内蔵する磁力を発生する巻線部（図示せず）へ供給する電流を減じる。この指示は、時間Ｔ４以降も継続させてもよい。これにより、より信頼性の高い遮断状態を維持することができる。

　以上では、先にも述べたように、図５に示したリレー１４とリレー２２とが設けられた形態について説明した。

　なお、図６に示すように、リレー１４が正電位側の端子（端子１２）と正電位側の端子（端子１３）との間に設けられ、ヒューズ１５が負電位側の端子（端子２０）と負電位側の端子（端子２１）との間に設けられていてもよい。

　また、図７に示すように、ヒューズ１５が正電位側の端子（端子１２）と正電位側の端子（端子１３）との間に設けられ、リレー１４が負電位側の端子（端子２０）と負電位側の端子（端子２１）との間に設けられていてもよい。

　なお、図６および図７に示す保護装置１１のいずれについても、図２を参照しながら説明した保護システム１１Ａと同様に制御部１６で制御される。

　また、以上の説明や図面中では、時間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４はタイミングあるいは時刻として示している。ここで電流、電圧、あるいはインピーダンスの変化は瞬間ではなく、時間の幅を伴って変化する値となる場合もあり。したがって、特に時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４に関しては幅を有した時間帯として説明することもできる。

　（まとめ）
　本開示の一態様の保護システムでは、端子１２と、端子１３と、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとを有し、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの接触または離間によって開閉するリレー１４と、電極１５Ａと電極１５Ｂとを有するヒューズ１５と、を備える。リレー１４およびヒューズ１５は端子１２と端子１３との間で直列に接続され、リレー１４に第１閾値Ｉｔｈ１を超える電流が流れると、リレー１４に流れる電流が第１閾値Ｉｔｈ１を超えた時間Ｔ１にリレー１４は、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとが離間する。接触部１４Ａと接触部１４Ｂが離間すると、接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの間でアーク放電が発生する。時間Ｔ１より後の時間Ｔ２に、ヒューズ１５の電極１５Ａと電極１５Ｂとの間でアーク放電が発生する。時間Ｔ２から時間Ｔ２より後の時間Ｔ３までの間、リレー１４およびヒューズ１５の両方でアーク放電が発生し、かつ、ヒューズ１５の電極１５Ａとヒューズ１５の電極１５Ｂとの電位差が上昇する。時間Ｔ３より後の時間Ｔ４で端子１２と端子１３の間は遮断される。

　また、本開示の別の態様の保護システムでは、制御部１６を更に備え、制御部１６が、リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの離間を制御する。

　また、本開示の別の態様の保護システムでは、時間Ｔ３から時間Ｔ４までの間、電極１５Ａと電極１５Ｂとの電位差は低下し、かつ、端子１２と端子１３との間を流れる電流は低下する。

　また、本開示の別の態様の保護システムでは、電極１５Ａと電極１５Ｂとの間のヒューズ１５のインピーダンスは、時間Ｔ２から時間Ｔ３までの第1期間および時間Ｔ３から時間Ｔ４までの第２期間のそれぞれで上昇し、第１期間におけるヒューズ１５のインピーダンスの上昇率は、第２期間におけるヒューズ１５のインピーダンスの上昇率よりも大きい。

　また、本開示の別の態様の保護システムでは、リレー駆動部２３を更に備え、リレー駆動部２３が、リレー１４の接触部１４Ａと接触部１４Ｂとの離間のタイミングを制御する。

　また、本開示の別の態様の保護システムでは、端子２０と、端子２１と、端子２０と端子２１との間に接続されたリレー２２と、を更に備える。

　また、本開示の別の態様の保護システムでは、リレー１４は端子１２と端子１３との間に接続され、ヒューズ１５は端子２０と端子２１との間に接続される。

　また、本開示の別の態様の保護システムでは、ヒューズ１５は端子１２と端子１３との間に接続され、リレー２２は端子２０と端子２１との間に接続される。

　本開示の保護システムは、遮断の性能を維持したうえで小型化が可能であるという効果を有し、各種電子機器において有用である。

　１１　保護装置
　１１Ａ　保護システム
　１２　端子
　１３　端子
　１４　リレー
　１４Ａ　接触部
　１４Ｂ　接触部
　１５　ヒューズ
　１５Ａ　電極
　１５Ｂ　電極
　１６　制御部
　１７　電流センサ
　１８　直流電源
　１９　負荷
　２０　端子
　２１　端子
　２２　リレー
　２２Ａ　接触部
　２２Ｂ　接触部
　２３　リレー駆動部

Claims

　第１正電位端子と、
　第２正電位端子と、
　第１接触部と第２接触部とを有し、前記第１接触部と前記第２接触部との接触または離間によって開閉する第１リレーと、
　第１電極と第２電極とを有するヒューズと、
を備え、
　前記第１リレーおよび前記ヒューズは前記第１正電位端子と前記第２正電位端子との間で直列に接続され、
　前記第１リレーに閾値電流を超える電流が流れると、前記第１リレーに流れる電流が前記閾値電流を超えた第１時間に前記第１リレーでは、前記第１接触部と前記第２接触部とが離間し、
　前記第１接触部と前記第２接触部が離間すると、前記第１接触部と前記第２接触部との間でアーク放電が発生し、
　前記第１時間より後の第２時間に、前記ヒューズの前記第１電極と前記第２電極との間でアーク放電が発生し、
　前記第２時間から前記第２時間より後の第３時間までの間、前記第１リレーおよび前記ヒューズの両方でアーク放電が発生し、かつ、前記ヒューズの前記第１電極と前記ヒューズの前記第２電極との電位差が上昇し、
　前記第３時間より後の第４時間で前記第１正電位端子と前記第２正電位端子の間は遮断される保護システム。
　制御部を更に備え、
　前記制御部が、前記第１リレーの前記第１接触部と前記第２接触部との離間を制御する、
請求項１に記載の保護システム。
　前記第３時間から前記第４時間までの間、
　　　前記第１電極と前記第２電極との電位差は低下し、
　　　かつ、
　　　前記第１正電位端子と前記第２正電位端子との間を流れる電流は低下する、
請求項１または２に記載の保護システム。
　前記第１電極と前記第２電極との間の前記ヒューズのインピーダンスは、前記第２時間から前記第３時間までの第１期間および前記第３時間から前記第４時間までの第２期間のそれぞれで上昇し、
　前記第１期間における前記ヒューズの前記インピーダンスの上昇率は、前記第２期間における前記ヒューズの前記インピーダンスの上昇率よりも大きい、
請求項１から３のいずれか1項に記載の保護システム。
　リレー駆動部を更に備え、
　前記リレー駆動部が、前記第１リレーの前記第１接触部と前記第２接触部との離間のタイミングを制御する、
請求項１に記載の保護システム。
　第１負電位端子と、
　第２負電位端子と、
　前記第１負電位端子と前記第２負電位端子との間に接続された第２リレーと、
を更に備えた
請求項１に記載の保護システム。
　第１正電位端子と、
　第２正電位端子と、
　第１負電位端子と、
　第２負電位端子と、
　第１接触部と第２接触部とを有し、前記第１接触部と前記第２接触部との接触または離間によって開閉する第１リレーと、
　第１電極と第２電極とを有するヒューズと、
を備え、
　前記第１リレーは前記第１正電位端子と前記第２正電位端子との間に接続され、
　前記ヒューズは前記第１負電位端子と前記第２負電位端子との間に接続され、
　前記第１リレーに閾値電流を超える電流が流れると、前記第１リレーに流れる電流が前記閾値電流を超えた第１時間に前記第１リレーでは、前記第１接触部と前記第２接触部とが離間し、
　前記第１接触部と前記第２接触部が離間すると、前記第１接触部と前記第２接触部との間でアーク放電が発生し、
　前記第１時間より後の第２時間に、前記ヒューズの前記第１電極と前記第２電極との間でアーク放電が発生し、
　前記第２時間から前記第２時間より後の第３時間までの間、前記第１リレーおよび前記ヒューズの両方でアーク放電が発生し、かつ、前記ヒューズの前記第１電極と前記ヒューズの前記第２電極との電位差が上昇し、
　前記第３時間より後の第４時間で前記第１正電位端子と前記第２正電位端子の間は遮断される保護システム。
　第１正電位端子と、
　第２正電位端子と、
　第１負電位端子と、
　第２負電位端子と、
　第１接触部と第２接触部とを有し、前記第１接触部と前記第２接触部との接触または離間によって開閉する第１リレーと、
　第１電極と第２電極とを有するヒューズと、
を備え、
　前記第１リレーは前記第１負電位端子と前記第２負電位端子との間に接続され、
　前記ヒューズは前記第１正電位端子と前記第２正電位端子との間に接続され、
　前記第１リレーに閾値電流を超える電流が流れると、前記第１リレーに流れる電流が前記閾値電流を超えた第１時間に前記第１リレーでは、前記第１接触部と前記第２接触部とが離間し、
　前記第１接触部と前記第２接触部が離間すると、前記第１接触部と前記第２接触部との間でアーク放電が発生し、
　前記第１時間より後の第２時間に、前記ヒューズの前記第１電極と前記第２電極との間でアーク放電が発生し、
　前記第２時間から前記第２時間より後の第３時間までの間、前記第１リレーおよび前記ヒューズの両方でアーク放電が発生し、かつ、前記ヒューズの前記第１電極と前記ヒューズの前記第２電極との電位差が上昇し、
　前記第３時間より後の第４時間で前記第１負電位端子と前記第２負電位端子の間は遮断される保護システム。