一种带有大电流和保险丝熔断预警功能的新型保险丝盒的制作方法

本发明涉及一种保险丝盒，尤其涉及一种在车辆上使用的，带有大电流和保险丝熔断预警功能的新型保险丝盒。

背景技术：

随着智能驾驶技术和新能源汽车的快速发展，越来越多的电子设备被应用到汽车上，所以保护所有车载电子设备的安全工作至关重要。

针对线路或负载中出现大电流故障的情况，为保证负载寿命和线束安全，当前电气设计通常采取的方法是在回路中串保险丝，当故障电流大于保险丝熔断值时，保险丝熔化断开，防止电流的持续增大，从而保护负载和线束。汽车保险丝一般统一安装在一个保险丝盒中以便于排查和检修。但当前车载保险盒设计存在以下两个问题：

1.当大电流故障发生但保险丝尚未熔断时，保险丝盒没有反馈给到驾驶员，这在车辆行驶过程中将变得非常危险，因为驾驶员无法得知保险丝即将熔断，车辆某些功能将会丧失。

2.因保险丝的工作原理是电流增大，保险丝温度升高，温度升高到熔断温度后保险丝才熔断保护，故在低温环境下，保险丝需要比常温更大的电流才能熔断，假如故障电流i满足以下条件：

i常温熔断电流<i故障电流<i低温熔断电流

保险丝在短时间不会立即熔断，但此时故障电流可能已经大到足以损坏设备或者缩短设备寿命。当前保险丝盒设计针对这种故障情况，无对应保护机制。

技术实现要素：

本发明提供一种保险丝盒。该保险丝盒包括温度采样电路和微控制器。其中，温度采样电路用于提供和环境温度对应的第一采样值，以及和保险丝金属电极温度对应的第二采样值。其中，微控制器与温度采样电路耦合，并且被配置成：基于从温度采样电路获得的第一采样值和第二采样值，获得环境温度ta和金属电极温度ts；以及基于ta和ts来实时地计算出流过保险丝的平均电流i。

温度采样电路进一步被设计成基于热敏电阻来提供温度采样。更具体地，温度采样电路包括具有远离热源放置的第一热敏电阻的第一分压采样电路，以及具有放置于保险丝金属电极附近的第二热敏电阻的第二分压采样电路，其中微控制器读取第一热敏电阻上的分压值作为第一采样值，读取第二热敏电阻上的分压值作为第二采样值，并基于分压原理计算出第一热敏电阻的电阻值rt1，和第二热敏电阻的电阻值rt2。

微控制器进一步被设计成通过ad端口对采样电路采样，通过can总线电路对外发送信息。进一步地，微控制器基于预存的热敏电阻r-t关系，基于所述rt1得到环境温度值ta，基于rt2得到金属电极温度ts。此后，微控制器通过以下公式来计算流过保险丝的平均电流i：

ta+i²*r*k＝ts

其中，r是保险丝金属电极的内阻，k是保险丝热阻

微控制器进一步基于以下方式计算出熔断时间t：

q＝i²*t

其中q是和温度ts对应的保险丝的熔化热能值。

进一步地，微控制器可被配置成：当实时计算出的熔断时间t小于特定阈值时，发送预警消息。

为了能够在低温条件下仍能有效地发挥作用，微控制器可进一步被配置成：识别环境低温状态，环境低温状态被定义为环境温度值ta低于预定温度阈值；响应于识别出环境低温状态，检测低温故障电流状况(保险丝常温熔断电流<流过保险丝的平均电流i<保险丝低温熔断电流)；以及响应于检测到低温故障电流状况，发送报警信息。

根据以上描述，本发明的典型实现方式具有以下优点：

1.能够实时检测线路平均电流，并根据线路平均电流求得保险丝熔断时间，在保险丝将要熔断时，及时发出预警信息，从而增强了行驶的安全性。

2.当在低温条件下线路发生大电流故障时，该保险丝盒同样能够及时识别故障状态并且及时发送报警信息，从而保护负载。

3.设计所使用的器件和工艺成本较低，便于实现。

附图说明

通过参考以下详细描述，当结合附图考虑时，将容易领会并更好地理解本发明的优点。在附图中(这些附图不一定是按比例绘制的)，相同的数字可描述不同视图中的类似的组件。具有不同的字母后缀的相同的数字可表示类似组件的不同实例。在所附附图的图中通过示例而非限制性地例示出一些实施例，其中：

图1例示出根据实施例的新型保险丝盒的框图。

图2例示出将热敏电阻放置在保险丝的金属电极附近的说明性部署。

具体实施方式

在以下描述中，为了进行解释，阐述了众多具体细节以便提供对一些示例实施例的全面理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，可在没有这些特定细节的情况下实施本公开。

参考所附附图，图1例示出根据实施例的新型保险丝盒的框图。如图1所示，示例性的保险丝盒可由以下4个部分组成：温度采样电路1、微控制器(mcu)2、控制器局域网络(can)总线电路3、以及保险丝(未在图1中示出)。更具体地，温度采样电路1可包括具有包含热敏电路rt1和电阻r1的第一采样电路以及包含热敏电路rt2和电阻r2的第二采样电路。mcu2可包括一个或多个模数(ad)端口。在本实施例中，所有的器件可被装配在同一块印刷电路板(pcb)上。然而，本领域技术人员将理解，在其他实施例中，各器件可通过其他耦合方式而在逻辑上形成一个整体，以实现同样的功能，而不必受限于本实施例的部署方式。

其中，温度采样电路1可被耦合至mcu2，以向mcu2提供一个或多个采样值。在本实施例中，温度采样电路1中的第一采样电路和第二采样电路可分别耦合至mcu2中的对应ad端口。mcu2可耦合至can总线电路3以通过can总线电路3向驾驶员发送预警消息。

在本实施例中，温度采样电路1可基于热敏电阻来提供温度采样。如图1所示，第一采样电路可包括热敏电阻rt1和电阻r1，并且热敏电阻rt1可被放置在远离热源的位置，以便能够准确地检测环境温度而不受到其他热源的温度的干扰。其中，电阻r1的作用在于与热敏电阻rt1进行分压，如图1所示，第一采样电路可由模拟电压(vdda)来供电，由于热敏电阻rt1的阻值根据环境温度的变化而变化，在热敏电阻rt1与r1的分压作用下，由mcu的ad端口从第一采样电路读取的电压数据v1(即，采样值)同样可根据环境温度的变化而变化。类似地，第二采样电路可包括热敏电阻rt2和电阻r2，并且热敏电阻rt2可被放置在保险丝的金属电极附近以检测金属电极的温度。为了清晰起见，图2例示出将热敏电阻rt2放置在保险丝的金属电极附近的说明性部署，但具体部署方式不受此限制。在第二采样电路中，电阻r2的作用在于与热敏电阻rt2进行分压，如图1所示，第二采样电路可由vdda来供电，由于热敏电阻rt2的阻值可根据保险丝金属电极的温度的变化而变化，在热敏电阻rt2与r2的分压作用下，由mcu的ad端口从第二采样电路读取的电压数据v2(即，采样值)同样可根据保险丝金属电极的温度的变化而变化。一般来说，vdda的电压值以及r1和r2的阻值是已知的，或者可通过查找规格书或其他方式来得知。要理解的是，虽然本实施例例示出温度采样电路的具体实施方式，但这仅出于例示的目的而非限制。

在本实施例中，mcu2可通过一个或多个ad端口对温度采样电路1进行采样。其中，一个或多个ad端口可将来自温度采样电路1的电压数据(即，采样值)从模拟数据转换成数字数据，以供mcu2进行处理。之后，由于vdda和r1的值是已知的，mcu2可根据所读取的电压数据以及分压原理来得到rt1在特定情况下的阻值，如下式所示：

rt1＝(r1*vdda)/v1-r1

同理，可以得到rt2的阻值：

rt2＝(r2*vdda)/v2-r2

随后，mcu2可根据所得的热敏电阻rt1和rt2的阻值以及热敏电阻的r-t(电阻-温度)关系，来分别得到环境温度值ta和保险丝金属电极温度值ts。其中，r-t关系可由mcu2预存至mcu2可访问的位置(诸如，存储器中)。在得到环境温度值ta和金属电极温度值ts之后，mcu2可基于以下公式(即，热功耗计算公式)来计算流过保险丝的平均电流i：

ta+i²*r*k＝ts

其中，r是保险丝金属电极的电极内阻，k是保险丝热阻，这两者均可从保险丝规格书中查到。因此，可计算出流过保险丝的平均电流i。

进而，可根据计算出的平均电流i和保险丝的熔化热能值来确定保险丝的熔断时间t，该确定可由下式表示：

q＝i²*t

其中，q是熔化热能值，在特定温度下，保险丝的熔化热能值是常数，并且在此情形中，q与已知的环境温度ts相对应。

如此，mcu2可在熔断时间t小于特定阈值时，通过can总线电路3来向驾驶员发送预警消息，诸如视觉消息(诸如，显示器上的警告)和听觉消息(诸如，扬声器发出的警告)等。从而解决了现有技术所存在的缺少反馈机制的问题。要理解的是，虽然本实施例例示出微控制器的具体实施方式，但这仅出于例示的目的而非限制。

在本实施例中，如本领域技术人员所熟知的，can总线电路3可以是符合can通信协议的任何合适的电路系统。根据can通信协议的特性，can总线电路3可实现该电路中的各个设备之间的实时、可靠的通信。例如，在本实施例中，can总线电路3可基于mcu2的处理结果来实时地导致连接至can总线电路3地任何合适设备(诸如，显示器、扬声器等)发出预警消息，以向驾驶员提醒故障地发生。要理解的是，虽然本实施例通过can总线电路来发送预警消息，但这仅作为一个优选地实施方式，并不限于此。例如，mcu2可直接耦合至能够发送预警消息的设备(诸如，显示器、扬声器等)。

在进一步的实施例中，mcu2可被配置成识别环境低温状态，其中，环境低温状态可被定义为环境温度值ta低于预定温度阈值。当识别到低温状态时，mcu2可检测当前温度条件下的故障电流状况，即，如果流过保险丝的平均电流满足：保险丝常温熔断电流<流过保险丝的平均电流i<保险丝低温熔断电流，则mcu2可发送报警信息以提醒驾驶员。如此，即便在低温条件下，本发明的实施例仍旧能够向驾驶员提醒大电流故障的发生，以避免损坏设备或者缩短设备使用寿命。

容易理解的是，本申请公开的保险丝盒不仅仅适用于汽车领域，并且可用于容易发生大电流故障的电气系统、工业系统、自动控制系统等任何合适的其他领域。

以上具体实施方式包括对附图的引用，附图形成具体实施方式的部分。附图通过例示方式示出可被实施的具体实施例。

在此文档中，如在专利文档中常见的那样，使用术语“一(a或an)”以包括一个或多于一个，这独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在此文档中，使用术语“或”来指非排他性的或，使得除非另外指示，否则“a或b”包括“a但非b”、“b但非a”、以及“a和b”。在所附权利要求书中，术语“包括”和“其中”被用作相应的术语“包括”和“其中”的普通英语等价词。此外，在所附权利要求书中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，在权利要求中除此类术语之后列举的那些元件之外的元件的系统、设备、制品或过程仍被视为落在那项权利要求的范围内。此外，在所附权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标记，并且不旨在表明对它们的对象的数字次序。术语“耦合”被定义为连接，不过不一定直接连接，且不一定机械地连接。

以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。诸如由本领域普通技术人员在仔细阅读以上描述之后实施的其他实施例也可以被使用。摘要允许读者快速地确定本技术公开的性质。提交该摘要应当理解，该摘要将不用于限制或解释权利要求的范围或含义。而且，在以上具体实施方式中，各种特征可共同成组以使本公开流畅。然而，权利要求可以不陈述本文中所公开的每一特征，因为实施例的特征可以是所述特征的子集。进一步地，实施例可包括比特定示例中所公开的那些特征更少的特征。因此，所附权利要求书由此被结合到具体实施方式中，一项权利要求作为单独的实施例而独立存在。本文中所公开的实施例的范围应当参照所附权利要求书连同此类权利要求所赋予权利的等价方案的完整范围来确定。