一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法

本发明涉及燃油系统，特别是涉及一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法。

背景技术：

1、对于典型的燃油系统，油箱、管线和加油枪等金属结构耦合的外界射频电磁辐射能量会在导体表面损耗一部分，其余能量将会在燃油系统的电不连续导体之间产生电势差。当这个电势差大于气体介质的击穿电压(介电强度)时，将会发生击穿放电现象。

2、而击穿放电现象主要集中在燃油系统接口处的缝隙中，现阶段对燃油系统等效放电模型的放电研究较少，且对击穿现象的判定方法较少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法，根据燃油系统实际结构构建平行板电容器放电模型，通过对比计算所得的电流解析解与仿真测量所得的电流值，能够有效判断出是否发生放电击穿现象。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法，包括以下步骤：

3、构建平行板电容器的放电模型作为燃油系统的缝隙放电模型：

4、所述平行板电容器的放电模型包括上下两块平行的介质平板组成，两块介质平板的外侧(上方介质平板的上表面和下方介质平板的下表面)分别贴附一层金属电极，用于连接外部激励电源，介质平板之间填充燃油系统缝隙处的气体。

5、所述介质平板为绝缘介质平板，两块所述的介质平板形状完全相同且上下对齐，所述介质平板为绝缘介质平板，两块所述的介质平板形状完全相同且上下对齐；

6、将上方介质平板的内部区域记为区域i，下方介质平板的内部区域记为区域iii，两块介质平板之间的区域记为区域ii。

7、计算平行板电容器的直流电容解，包括：

8、所述计算平行板电容器的直流电容解包括：

9、平行板电容器中，两块介质平板即平行板电容器的极板，设极板间距为2d，极板厚度为tp，由于i、ii、iii区域无自由电荷分布，则有电位移矢量散度：

10、

11、即i、ii、iii区域中没有电位移矢量的通量源，所以电位移矢量的场线连续，而且由于系统与x，y无关，i、ii、iii区域中电位移矢量的模为常数，即电位移矢量是空间中的均匀场，设

12、|d|＝d0

13、电位移矢量和电场强度e的关系为

14、d＝ε0e+p＝ε0εre＝εe

15、其中p为电极化强度，ε0为真空介电常数,εr为极板相对介电常数，ε为介电常数，则有

16、

17、

18、其中e1、e2、e3分别为i、ii、iii区域对应的电场强度，εg为极板间介质的相对介电常数，tp为极板厚度，根据均匀电场中场强和电势差的关系，则：

19、2|e1|tp+2|e2|d＝v0

20、其中，v0为板间直流电压，求得：

21、

22、上方的介质平板上侧会聚集电荷，电荷量qf满足下式

23、

24、则求得该系统直流电容解为

25、

26、其中，s是极板面积，ε0＝8.8542×10-12f/m为真空介电常数。

27、根据直流电容解，确定平行板电容器在交流电压激励下的交流电流振幅表达式，包括：

28、设对平行板电容器施加的交流电压u表达式为

29、u＝v0·sin(2πft)

30、其中f为频率，t为时间，v0为是交流电压的振幅，v0同时作为计算直流电容解时的板间直流电压，因为在满足f<50mhz的低频条件下，缝隙放电模型的交流电容值等于其直流电容值，因此这里取与直流电压v0相同的值作为交流电压振幅，可在后续过程中将v0对应的直流电容值直接带入为交流电容值进行计算，根据平行板电容器两端电流i与电压的关系：

31、

32、求得平行板电容器两极的交流电流为：

33、i＝2πfv0c·cos(2πft)

34、从而得到交流电流振幅的表达式为

35、i＝2πfv0c。

36、在不同的交流电压激励下，根据交流电流振幅表达式计算出电流振幅的解析解，并对燃油系统的缝隙放电模型进行仿真获取电流振幅的仿真解，包括：

37、设定多个不同的交流电压，每一个交流电压均具有对应的电压幅值和电压频率；

38、在每一个交流电压下，将电压幅值和电压频率带入交流电流振幅的表达式中，计算得到交流电流振幅，即电流振幅的解析解；

39、对平行板电容器的放电模型进行仿真实验：在对平行板电容器的放电模型中施加任一个设定的交流电压时，采集两个极板间电流随时间变化图像，并从图像中获得电流的幅值，即电流振幅的仿真解。

40、对比电流振幅的解析解，判断是否生击穿现象：

41、计算电流振幅仿真解与解析解的差值，若该差值不大于设定的阈值，则认为未发生击穿现象，若该差值大于设定的阈值，则认为发生击穿现象(跟据击穿特性只会出现仿真解大于解析解的情况)。

42、本发明的有益效果是：本发明基于燃油系统缝隙处的几何模型设计平行板电容器的方法，简化herf问题的放电击穿特性研究，通过对比电流的解析解与仿真解判断是否击穿，为放电击穿的判断提供了依据，并可对herf问题的放电击穿及安全阈值计算提供指导。

技术特征：

1.一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法，其特征在于：所述平行板电容器的放电模型包括上下两块平行的介质平板组成，两块介质平板的外侧分别贴附一层金属电极，用于连接外部激励电源，介质平板之间填充燃油系统缝隙处的气体。

3.根据权利要求1所述的一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法，其特征在于：所述介质平板为绝缘介质平板，两块所述的介质平板形状完全相同且上下对齐；

4.根据权利要求1所述的一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法，其特征在于：所述计算平行板电容器的直流电容解包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法，其特征在于：所述根据直流电容解，在不同交流电压激励下确定平行板电容器两极的交流电流振幅包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法，其特征在于：所述在不同的交流电压激励下，根据交流电流振幅表达式计算出电流振幅的解析解，并对燃油系统的缝隙放电模型进行仿真获取电流振幅的仿真解包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法，其特征在于：所述对比电流振幅的解析解和仿真解，判断是否生成击穿现象包括：

技术总结
本发明公开了一种基于终端电流的燃油系统缝隙击穿判定方法,包括以下步骤：构建平行板电容器的放电模型作为燃油系统的缝隙放电模型；计算平行板电容器的直流电容解；根据直流电容解，确定平行板电容器在交流电压激励下的交流电流振幅表达式；在不同的交流电压激励下，根据交流电流振幅表达式计算出电流振幅的解析解，并对燃油系统的缝隙放电模型进行仿真获取电流振幅的仿真解；对比电流振幅的解析解，判断是否生击穿现象。本发明基于燃油系统缝隙处的几何模型设计平行板电容器的方法，简化HERF问题的放电击穿特性研究，通过对比电流的解析解与仿真解判断是否击穿，为放电击穿的判断提供了依据。

技术研发人员：戴飞,冯骁尧,付新凯
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29