通过单元节点分解和矩阵合并来计算内部温度以确定电缆尺寸的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在电路中借助电气保护部件使电气构件互连的电缆（或导线）。
【背景技术】
[0002] 在一些领域（例如车辆或航空领域）中，需使多个电气构件互连以使这些电气机 构运行，更具体地使这些电气机构被供电（任选地通过蓄电池或发电机）。借助于特性随传 输的电流和所放置的环境而变化的电缆实现互连。在这些特征中，尤其可描述长度、截面、 电气性能和绝缘涂层。要传输的电流越大，截面需越大。然而，截面越大，电缆越重且昂贵。 而且，长度越长，电缆越重且昂贵。因此在想要减少成本并且节省设置电缆的可移动系统的 能量消耗时，优化电缆（或导线）的尺寸是较为重要的。
[0003] 长度的优化是相对简单的操作，这是由于存在较小的约束。反之，尤其由于每条电 缆需承受至少一种热（加热）约束，同时具有预设的最大压降以使被供电的电气构件的电 压至少等于预设的最小电压，截面的优化是非常复杂的操作。
[0004] 注意到电缆强加的压降直接取决于其电阻R，通过关系式R= (P_*L)/S得到电 阻R，其中P_为电缆的最差电阻率，L为电缆长度以及S为电缆的截面面积。由前述公式 可知，电缆的截面S越小（P_和L固定），电缆的电阻R和压降越大并且电缆质量越小。 因此，相对于电缆压降的约束与相对于电缆质量减小的约束不同。
[0005] 标致雪铁龙集团提出了一种确定电缆（线束）尺寸的装置，称为0PHELIE，该装置 尤其能够优化截面面积以达到最小质量。
[0006] 更确切地，该截面优化所涉及的电缆被用于借助电气保护部件（例如熔丝）使电 气构件互连。这种优化尤其被描述于专利文件FR2931595中。这种优化首先涉及根据需 由该电缆互连的电气构件的电流特性来确定要与电缆相关联的熔丝，然后为该电缆确定最 小直径，对于该最小直径，该电缆具有稳定在电缆的破坏临界温度之下的内部（或固有）温 度，或在该电缆的内部温度达到临界温度之前用经确定的熔丝切断互连。
[0007] 前述优化方法的主要缺点在于，该方法仅涉及一种类型（即包括导电线芯和绝缘 护套（见图3))的电缆。然而，在相同的系统中，尤其在混合动力型或完全电动型的车辆中， 可使用仅包括导电线芯（任选地为"总线"型的-见图2)的电缆和/或包括导电线芯和绝 缘层（或护套）的电缆（见图3)和/或包括导电线芯、绝缘层（或护套）和屏蔽层的电缆 (见图4)和/或包括导电线芯、第一绝缘层（或护套）、屏蔽层和第二绝缘层（或护套）的 电缆（见图5)。这尤其导致前述类型的车辆的车载电压等级大大增加。事实上典型地从 12V或24V增加到300V或500V，因此出于安全和/或电磁兼容性的原因，必须使用带有屏 蔽层（例如金属编织层）和/或至少一种辅助机械保护装置（例如外护套）的电缆。
[0008] 不存在适用于多种类型电缆的电热模型，这引起系统的电路设计阶段的极大不确 定性，因此导致电缆的近似尺寸不仅仅由导电线芯和绝缘护套构成，如果要避免意外事件 发生，需要实施数值模拟和高成本的现场测试。理解到，事实上如果电缆的截面不够大，那 么运行的安全性不能保证，因此电气构造可能具有或多或少的严重功能障碍（电气构件功 能障碍、电网过热、车辆起火），这可能会伤害车辆中的乘客的人生安全。而且，如果电缆截 面过大，那么不能使其重量和成本最小化。
【发明内容】
[0009]因此本发明的目的在于改善电缆尺寸优化情况。
[0010] 为此本发明尤其提供了一种专用于确定电缆尺寸的装置，所述电缆用于使电气构 件互连，所述装置包括计算部件，所述计算部件至少配置用于确定需借助电气保护部件使 电气构件互连的电缆的最小直径，对于所述最小直径，所述电缆具有稳定在破坏临界温度 之下的内部温度，或在所述电缆的内部温度达到所述临界温度之前使所述电气保护部件切 断所述互连。
[0011] 其特征在于，所述计算部件配置用于：
[0012] -将电缆分解为基本单元，包括表示导电线芯的中心单元、表示绝缘层的至少一个 中间单元，所述绝缘层包围导电线芯或包围另一绝缘层、以及表示周围环境的外部单元，
[0013]-将分解出的每个基本单元表示为与基本矩阵相关联的具有至少两个节点的节点 组，所述基本矩阵表示组成通用方程式的变量，所述通用方程式表示所述基本单元的每个 节点的热传递，
[0014]-根据与所述节点组相关联的对应的所述基本矩阵来为所述通用方程式的每个变 量构建全局矩阵，以及
[0015] -通过全局矩阵对矩阵形式的所述通用方程式进行数值求解来确定内部温度。
[0016] 这种装置能够极有利地确定多种类型电缆的尺寸，尤其涉及在相同系统中的整体 化和任选地共存性。还能够兼顾未来的新型电缆。
[0017] 根据本发明的装置可具有可单独或结合采用的其它特征，尤其是：
[0018] -所述通用方程式可为：(G.T)+P=C. (dT/dt)，其中G表示总电导，P表示焦耳效 应功耗，C表示热容，T表示内部温度以及t表示时间；
[0019] >所述总电导可等于内部电导、辐射电导和对流电导之和；
[0020] >表示总电导的每个基本矩阵可为方阵，表示热容的每个基本矩阵可为方阵，以 及表示焦耳效应功耗的每个基本矩阵可为列矩阵；
[0021] >每个全局矩阵通过连续合并对应的基本矩阵而构成，由于基本矩阵m的最后一 行和最后一列的最后一个值与基本矩阵m+Ι的第一行和第一列的第一个值表不同一接口 节点，因此将所述基本矩阵m的最后一行和最后一列的最后一个值与基本矩阵m+1的第 一行和第一列的第一个值相加，并且通过保持所述基本矩阵m+1的其它值相对于基本矩阵 m+1的第一行和第一列的所述第一个值的各自位置来使所述全局矩阵完整；
[0022] -所述绝缘层可在（至少）包括屏蔽层、金属编织层、护套和保护膜的组中选择。
[0023] 本发明还提供一种计算机，所述计算机包括前述类型的尺寸确定装置。
[0024] 本发明还提供一种专用于确定电缆尺寸的方法，所述电缆用于使电气构件互连， 所述方法包括的步骤涉及确定需借助电气保护装置使电气构件互连的电缆的最小直径，对 于所述最小直径，所述电缆具有稳定在破坏临界温度之下的内部温度，或在所述电缆的内 部温度达到所述临界温度之前使所述电气保护部件切断所述互连。
[0025] 其特征在于，在所述步骤中：
[0026]-将所述电缆分解为基本单元，包括表示导电线芯的中心单元、表示绝缘层的至少 一个中间单元，所述绝缘层包围导电线芯或包围另一电绝缘层、以及表示周围环境的外部 单元，
[0027]-将分解出的每个基本单元表示为与基本矩阵相关联的具有至少两个节点的节点 组，所述基本矩阵表示组成通用方程式的变量，所述通用方程式表示所述基本单元的每个 节点的热传递，
[0028]-根据与所述节点组相关联的对应的所述基本矩阵为所述通用方程式的每个变量 构建立全局矩阵，以及
[0029] -通过全局矩阵对矩阵形式的所述通用方程式进行数值求解来确定内部温度。
[0030] 本发明非限制性地适用于确定电缆的尺寸，所述电缆需使车辆（任选地机动车 辆）内的电气构件互连。
【附图说明】
[0031] 通过阅读以下详细描述和附图，本发明的其它特征和优点将更加清楚，在附图 中：
[0032]-图1示意性及功能性示出了包括蓄电池的电路示例，所述蓄电池借助三根熔丝 和三根电缆与其它三个电气构件连接，以及示出了根据本发明的尺寸确定装置的实施例，
[0033]-图2示意性示出了仅由导电线芯构成的电缆第一实施例的横向剖面图，
[0034]-图3示意性示出了由导电线芯和绝缘护套构成的电缆第二实施例的横向剖面 图，
[0035]-图4示意性示出了由导电线芯、绝缘护套和屏蔽层构成的电缆第三实