專利名稱：機(jī)動(dòng)交通工具過電流保護(hù)的制作方法
才幾動(dòng)交通工具過電流-隊(duì)護(hù)
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及在機(jī)動(dòng)交通工具中保護(hù)配線免受過量電流的損害。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)交通工具包括由電池、發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、燃料電池等供電的 范圍廣泛的電氣裝置。這些電器裝置特性與功能各異。例如，機(jī)動(dòng)交通工 具可包括各種燈、發(fā)熱元件、電動(dòng)機(jī)、存儲(chǔ)裝置、電子模塊、動(dòng)力傳感器 等。每種電氣裝置通過配線連接到電力源。這種配線必須無誤地依一定尺 寸制作以在各種操作狀態(tài)下向負(fù)載提供電流。
由于各種狀態(tài)比如系統(tǒng)中的短路、負(fù)載故障、以未預(yù)期的方式對(duì)電氣 裝置的操作、操作者對(duì)電氣裝置的更改或?qū)﹄娏ω?fù)載的未預(yù)料的增添、因 機(jī)動(dòng)交通工具有關(guān)的事故引起的損害等，流過配線的電流可能超過期望 值。在這樣的狀態(tài)下，配線中過量的電流可能引起配線故障。
通常，配線是電氣系統(tǒng)中能力最有限的組件。因此，傳統(tǒng)上，通過在
配線電路中放置熔斷器(fiise)來保護(hù)配線免受過量電流的損害。使用熔斷器 的一個(gè)問題是一旦熔斷器熔斷，則熔斷器必須更換，造成了對(duì)操作者的不 便。使用熔斷器的另一個(gè)問題是在操作狀態(tài)中，熔斷器不能針對(duì)操作情況 中的變化做出調(diào)整。還有另外一個(gè)問題是保護(hù)免受短歷時(shí)大電流事件以及 長(zhǎng)歷時(shí)小電流事件的損害的困難。
最近，熔斷器已被固態(tài)開關(guān)取代。這些開關(guān)可在過量的電流事件后被 重置。固態(tài)開關(guān)與電流傳感器、溫度傳感器、電流計(jì)時(shí)器以及用于確定何 時(shí)切斷電流的輔助電子裝置組裝在一起。然而，這些系統(tǒng)并不響應(yīng)操作狀
態(tài)中的變化，并可能因處理不同類型的過電流事件的能力而受到損害。 發(fā)明概述本發(fā)明基于對(duì)操作狀態(tài)的感知提供機(jī)動(dòng)交通工具過電流保護(hù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，智能接線盒與電源和電力負(fù)載串聯(lián)。此 智能接線盒包括電流傳感器、至少一個(gè)環(huán)境傳感器和受控開關(guān)?？刂七壿?基于負(fù)載屬于的負(fù)載類型和感測(cè)到的負(fù)載的操作狀態(tài)確定過電流閾值。如 果被感測(cè)的向負(fù)載供電的電路超過所確定的過電流閾值，則開關(guān)切斷流向 負(fù)載的電流的流通。環(huán)境傳感器可以是例如用于感測(cè)環(huán)境溫度的溫度傳感 器?？刂七壿嬁稍陔娏髑袛嗪蟮念A(yù)設(shè)時(shí)間量之后，允許電流流通的恢復(fù)。 允許恢復(fù)電流的嘗試可在預(yù)設(shè)的數(shù)量的切斷后停止。另外，控制邏輯可在開關(guān)剛被閉合的情況下延遲一段涌入(inrush)時(shí)間后再確定感測(cè)的電路是 否超過所確定的過電流閾值。此外提供了 一種在機(jī)動(dòng)交通工具中防止過電流的方法。感測(cè)至少 一種 環(huán)境狀態(tài)。基于負(fù)載的電流抽取(draw)特性且基于感測(cè)到的環(huán)境狀態(tài)確定 過電流閾值。如果感測(cè)到的電流的流量超過所確定的過電流閾值，則切斷 流向負(fù)載的電流流通。同樣提供了一種機(jī)動(dòng)交通工具，其包括電力源、由電力源供電的負(fù)載 以及用于在電力源和負(fù)載之間承載電流的配線通路。受控開關(guān)設(shè)置在配線 通路中。電流傳感器感測(cè)電流，溫度傳感器感測(cè)溫度。開關(guān)閉合允許電流 流通。電流的大小由電流傳感器的輸出確定。此電流的大小與基于溫度、 自開關(guān)閉合以來的時(shí)間以及負(fù)載和配線通路中的至少 一 部分的電流-溫 度關(guān)系的閾值電流水平比較。如果電流的大小大于閾值電流水平，則開關(guān) 打開。結(jié)合附圖的情況下，依據(jù)本發(fā)明的下面的詳細(xì)的說明，本發(fā)明的以上 特點(diǎn)以及其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
附圖的簡(jiǎn)要說明


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的交通工具系統(tǒng)的框圖； 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明所使用的配線的電流承載能力的曲線數(shù)的曲線圖；以及
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于監(jiān)控電流的方法的流程圖。
優(yōu)選的實(shí)施方式的詳細(xì)說明
參考圖1,顯示了示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的交通工具的系統(tǒng)的框 圖。一4殳以20顯示的才幾動(dòng)交通工具系統(tǒng)包4舌至少一個(gè)電力源22。電源22 可包括電池、交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)、燃料電池等中的一個(gè)或更多裝置。電源 22通過配線28向負(fù)載26提供電流24。配線28可包括一種或更多種導(dǎo)體， 所述導(dǎo)體一般被絕緣材料包裹并可包括固體導(dǎo)體、多線導(dǎo)體、扁形軟性電 纜等。如將被本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的，任何類型的配線都可由 本發(fā)明來保護(hù)。另外，所有類型的負(fù)載26,包括發(fā)動(dòng)才幾、發(fā)熱元件、燈/ 發(fā)光體(lamp/light)、致動(dòng)器、電子才莫塊、傳感器等可用于本發(fā)明。不同 的負(fù)載具有不同的工作特性，其中負(fù)載26具有代表性的特性， 一般以30 顯示，基于一個(gè)或更多變量比如基于時(shí)間、環(huán)境溫度、供電電壓、濕度等 指示電流24的大小。
機(jī)動(dòng)交通工具20包括一般以32顯示的智能接線盒，接線盒包括操作 地切斷流向負(fù)載26的電流24的流通的開關(guān)34。開關(guān)34由來自處理器38 的信號(hào)36控制，信號(hào)36部分地基于來自感測(cè)電流24的電流傳感器42的 輸入40。開關(guān)34和電流傳感器32可在單一封裝(package)例如由意法半導(dǎo)
有電流感測(cè)功能的雙通道高端驅(qū)動(dòng)器(Double Channel High Side Driver With Current Sense for Automotive Application)或由飛思卡爾有卩艮^>司 (Freescale Semiconductor, Inc.)提供的33982B型單智能大電流帶自保護(hù) 功能的石圭高端開關(guān)(Single Intelligent High-Current Self-Protected Silicon
High Side Switch)中實(shí)現(xiàn)。處理器38還接收環(huán)境狀態(tài)指示。例如，溫度 傳感器44提供指示環(huán)境溫度的溫度信號(hào)46。其他的環(huán)境狀態(tài)可由附加的 傳感器48感測(cè)到。操作期間，處理器38基于例如請(qǐng)求由負(fù)載26提供的功能性的用戶輸 入來閉合開關(guān)34。處理器38通過監(jiān)控或者另外讀取來自電流傳感器42的 輸入40來確定電流24的量。電流24的量與基于來自一個(gè)或更多環(huán)境傳 感器44、 48的輸入、自開關(guān)34閉合以來的時(shí)長(zhǎng)，以及基于比如負(fù)載特性 30、配線28的能力等一個(gè)或更多工作參數(shù)的閾值電流水平相比較。如果 電流24的量大于閾值電流水平，則處理器38打開開關(guān)34。為清楚起見，圖1中只顯示了一個(gè)開關(guān)34和一個(gè)電流傳感器42。如 會(huì)被本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的，本發(fā)明支持用于保護(hù)任何數(shù)量的 配線電路的任何數(shù)量的開關(guān)和電流傳感器。現(xiàn)參考圖2,顯示了示出根據(jù)本發(fā)明所使用的配線的電流承載能力的 曲線圖。配線的電流承載能力依賴于多種因素，包括線規(guī)、絕緣材料類型 及厚度、連接器、路徑選擇、環(huán)境狀態(tài)等。特別關(guān)注的是溫度，所述的溫 度在交通工具內(nèi)部可在-40。C到85。C范圍內(nèi)變化，而在發(fā)動(dòng)才幾搶內(nèi)在-40 'C到125。C范圍內(nèi)變化。圖2中具有PVC絕緣材料的14AWG電線的最大 電流承載能力作為在環(huán)境溫度為-15°C (曲線60)、 25°C (曲線62)以及 65 °C (曲線64 )下的接通持續(xù)時(shí)間的函數(shù)被提供?，F(xiàn)參考圖3，圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的作為時(shí)間和溫度的 函數(shù)的電流參數(shù)的曲線圖。通過曲線80以及曲線82提供了對(duì)應(yīng)于最小期 望溫度以及對(duì)應(yīng)于最大期望溫度的、作為時(shí)間的函數(shù)的最大正常電流抽取 特性。相似地，通過曲線84以及曲線86提供了對(duì)應(yīng)于最小期望溫度以及 對(duì)應(yīng)于最大期望溫度的、顯示作為電流施加的時(shí)間的函^t的配線中的最大 允許電流的曲線。不考慮環(huán)境狀態(tài)，明智的慣例表明使用曲線80建立最 大電流負(fù)載抽取量以及使用曲線86用于配線電流限制。因?yàn)榍€86延伸 到曲線80下方，所以需要具有較強(qiáng)電流承載能力的配線。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 之一是通過考慮環(huán)境溫度，可使用便宜一些的配線向負(fù)載提供電流。本發(fā)明建立了在圖3中顯示為曲線88的、基于負(fù)載和配線的特性的
閾值水平。而且，閾值88基于環(huán)境狀態(tài)修改。在示出的實(shí)例中，閾值88 隨著下降的環(huán)境溫度向上移動(dòng)以及隨著上升的環(huán)境溫度向下移動(dòng)，以便分 別位于配線界限曲線84、 86以及最大期望負(fù)載電流抽取特性曲線80、 82 之間。自電流施加以來的一段給定的時(shí)長(zhǎng)后，當(dāng)閾值88被超過時(shí)，負(fù)載 電流被切斷。
現(xiàn)參考圖4，顯示了示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于監(jiān)控電流的方 法的流程圖。如會(huì)被本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的，示出的操作不一 定是順序的操作。操作步驟的順序可在本發(fā)明的主旨和范圍內(nèi)被修改，且 在此顯示的順序是為了邏輯的表示。同樣，示出的方法可通過硬件、軟件、 固件等的任何組合，在一處位置或分散的位置實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明超越任何具體 的實(shí)現(xiàn)，且在順序的流程圖形式中顯示實(shí)施方式只是為了舉例i兌明的方 便。而且，本發(fā)明不必包括在顯示的特定實(shí)施方式中提供的每個(gè)操作。
正如在塊100中，閉合開關(guān)以將電力源連接到負(fù)載。這允許電流通過 使電源和負(fù)載相互連接的配線，在電源和負(fù)載之間流通。對(duì)于一些負(fù)載， 比如某些電動(dòng)機(jī)，在開關(guān)首先閉合時(shí)，有很大的電流的短暫涌入。因?yàn)榇?電流是如此短歷時(shí)的電流，以至于其不太可能損害配線，正如在塊102中， 監(jiān)控可延遲短暫的一l殳時(shí)間。
正如在塊104中，流過配線的電流被取樣。正如在塊106中， 一種或 更多種環(huán)境狀態(tài)-陂感測(cè)。正如在塊108中，確定閾值，正如在塊108中， 閾值的確定基于被取樣的環(huán)境狀態(tài)。正如在塊110中，被取樣的電流與閾 值相比較。正如在塊104中，如果電流小于閾值，則電流被再次取樣。延 遲可插入到這樣描述的循環(huán)中。另外，對(duì)環(huán)境狀態(tài)取樣和確定閾值的頻度 可小于對(duì)電流取樣和比較被取樣的電流與閾值的頻度。此外，這些操作的 一些或全部可基于感測(cè)在例如環(huán)境狀態(tài)中的明顯的改變而以不失見律的時(shí) 間間隔纟丸4亍。
正如在塊110中，如果被取樣的電流的比較超過閾值，導(dǎo)致閾值被所 取樣的電流超過，則正如在塊112中，開關(guān)打開。正如在塊114中，遞增 重試計(jì)數(shù)，以及正如在塊116中，進(jìn)行感測(cè)以察看重試計(jì)數(shù)是否超過預(yù)設(shè) 限度。如果重試計(jì)數(shù)沒有超過預(yù)設(shè)的限度，正如在塊100中，開關(guān)再次閉合。如果超過允許重試的次數(shù)，則正如在塊118中，設(shè)定錯(cuò)誤狀態(tài)，且開 關(guān)保持打開直到重置狀態(tài)發(fā)生。此重置狀態(tài)可以是關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)然后打 開，可要求輸入重置代碼，比如在技術(shù)人員檢查后，等等。在輸入代碼時(shí)、
每當(dāng)交通工具起動(dòng)、在計(jì)數(shù)保持沒有增加一段預(yù):沒時(shí)長(zhǎng)后或其它類似的情 況下，重試計(jì)數(shù)可被重置。重試計(jì)數(shù)也可在各種條件下減少，例如時(shí)間的 推移沒有使采樣的電流超過閾值。
盡管已圖示說明并描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，然而這不意味著這些實(shí) 施方式圖示說明和描述了本發(fā)明所有可能的形式。更確切地說，在說明書 中使用的詞語是描述性的詞語而不是限制性的詞語，且應(yīng)當(dāng)理解，可以做 出各種改變而不偏離本發(fā)明的主旨和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種系統(tǒng)，在具有電源和至少一個(gè)電力負(fù)載的機(jī)動(dòng)交通工具中，所述電力負(fù)載通過在所述電力負(fù)載和所述電源之間的配線中流通的電流供電，所述系統(tǒng)與所述電源和所述電力負(fù)載串聯(lián)相連，所述系統(tǒng)包括電流傳感器，其操作地感測(cè)向所述負(fù)載供電的所述電流；至少一個(gè)環(huán)境傳感器，其操作地感測(cè)指示環(huán)境操作狀態(tài)的參數(shù)；受控開關(guān)，其操作地切斷所述電流的流通；以及控制邏輯，其與所述電流傳感器、所述至少一個(gè)環(huán)境傳感器以及所述受控開關(guān)通信，所述控制邏輯操作地基于所述負(fù)載屬于的負(fù)載類型和所感測(cè)到的環(huán)境操作狀態(tài)確定過電流閾值，且如果向所述負(fù)載供電的所感測(cè)到的電流超過所確定的過電流閾值，則命令所述受控開關(guān)切斷流向所述負(fù)載的所述電流的流通。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)環(huán)境傳感器包括操 作地感測(cè)環(huán)境溫度的溫度傳感器。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)的至少一部分是智能接 線盒的部分。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制邏輯進(jìn)一步操作地在所 述電流的流通被受控切斷后的預(yù)設(shè)的時(shí)間量后，允許所述電流的流通的恢 復(fù)。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述控制邏輯進(jìn)一步操作地在對(duì) 所述電流的流通進(jìn)行預(yù)設(shè)的數(shù)量的受控切斷后，停止嘗試允許恢復(fù)所述電 流的流通。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制邏輯進(jìn)一步操作地在確 定向所述負(fù)載供電的所感測(cè)到的電流是否超過所確定的過電流閾值之前， 延遲一段涌入時(shí)間。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制邏輯進(jìn)一步操作地基于 所述電流在所述電力負(fù)載和所述電源間流通的時(shí)長(zhǎng)確定所述過電流閾值。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)環(huán)境傳感器操作地 感測(cè)指示所述負(fù)載的環(huán)境操作狀態(tài)的參數(shù)。
9. 一種在具有通過配線可連接到負(fù)載的電力源的機(jī)動(dòng)交通工具中防 止過電流的方法，所述負(fù)載具有已知的作為至少 一種環(huán)境操作狀態(tài)的函數(shù)的電流抽耳又特性，所述方法包括以下步驟 感測(cè)所述至少一種環(huán)境工作狀態(tài)；基于所述電流消耗特性和所感測(cè)到的所述至少 一種環(huán)境操作狀態(tài)確 定過電流閾值；感測(cè)通過所述配線的電流的流量；以及如果所感測(cè)到的電流的流量超過所確定的過電流閾值，則切斷流向所 述負(fù)載的電流的流通。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括基于電流流過所述配線 的時(shí)長(zhǎng)確定所述過電流閾值。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中感測(cè)所述至少一種環(huán)境工作狀態(tài) 的所述步驟包括感測(cè)溫度。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在電流的流通切斷后，在 允許流向所述負(fù)載的電流的流通的恢復(fù)前，等待預(yù)設(shè)的時(shí)長(zhǎng)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括重復(fù)切斷流向所述負(fù) 載的電流的流通，并在暫停嘗試允許流向所述負(fù)載的電流的流通的恢復(fù) 前，允許流向所述負(fù)載的電流的流通的恢復(fù)預(yù)設(shè)數(shù)量的次數(shù)。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括在通過所述配線的電流 的流通開始后，在感測(cè)通過所述配線的電流的流通前，等待涌入時(shí)間。
15. —種機(jī)動(dòng)交通工具，其包括 電力源；負(fù)載，其由所述電力源供電；　配線通路，其操作地在所述電力源與所述負(fù)載之間承栽電流； 受控開關(guān)，其設(shè)置在所述配線通路中； 電流傳感器，其感測(cè)所述電流； 溫度傳感器，其感測(cè)環(huán)境溫度；以及控制邏輯，其與所述受控開關(guān)、所述電流傳感器以及所述溫度傳感器 通信，所述控制邏輯操作地(a) 閉合所述開關(guān)從而允許所述電流流通；(b) 由所述電流傳感器的輸出確定所述電流的大??；(c )將所確定的所述電流的大小與閾值電流水平相比較，所述閾值電 流水平以感測(cè)到的溫度、基于所述開關(guān)何時(shí)被閉合的時(shí)長(zhǎng)、以及所述負(fù)載 和所述配線通路的至少一部分的電流-溫度關(guān)系為基礎(chǔ)，以及(d)如果所確定的所述電流的大小大于所確定的閾值電流水平，則 打開所述開關(guān)。
16. 如權(quán)利要求15所述的機(jī)動(dòng)交通工具，其中所述控制邏輯在將所 確定的所述電流的大小與所確定的閾值電流水平比較前，等待涌入時(shí)間。
17. 如權(quán)利要求16所述的機(jī)動(dòng)交通工具，其中如果所述開關(guān)是因?yàn)?所確定的所述電流的大小大于所確定的閾值電流水平而被打開的，則所述 控制邏輯進(jìn)一步地操作地在預(yù)定的延遲時(shí)間后閉合所述開關(guān)。
18. 如權(quán)利要求17所述的機(jī)動(dòng)交通工具，其中所述控制邏輯進(jìn)一步 地可操作，按照預(yù)設(shè)的重復(fù)數(shù)量重復(fù)以下操作由于所確定的所述電流的 大小大于所確定的閾值電流水平而打開所述開關(guān)以及在預(yù)定的延遲時(shí)間 后閉合所述開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)交通工具過電流保護(hù)?；诟袦y(cè)至少一種工作狀態(tài)而在機(jī)動(dòng)交通工具中防止過電流。過電流閾值基于負(fù)載的特性以及基于感測(cè)到的狀態(tài)被確定。如果感測(cè)到的電流的流量超過所確定的過電流閾值，則流向負(fù)載的電流的流通被切斷。感測(cè)到的狀態(tài)可以是例如環(huán)境溫度。
文檔編號(hào)H02H7/22GK101399435SQ20081014932
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者大衛(wèi)·安東尼·海恩 申請(qǐng)人:李爾公司