一种BDU熔断器及控制方法与流程

本发明涉及新能源汽车高压配电盒，尤其涉及一种bdu熔断器及控制方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车的日益发展，客户对新能源汽车的安全问题越发重视，在现有新能源汽车高压配电回路中必须布置熔断器用以进行短路保护或过流过载保护，从而安全分断故障电流。也有些汽车厂商提出了主动控制熔断器进行分断，在高压配电盒内配备了主动分断的熔断器，以达到在车辆发生故障电流或碰撞等不利因素时，能通过整车控制系统对熔断器进行主动分断，提高车辆安全性。

2、熔断器是作为当回路电流异常时可及时有效切断故障电流，防止回路过热或引起热失控或漏电等发生而使用的。公开号为cn114334573a的中国专利申请公开了一种智能熔断器，其包括导电部和切断装置，通过外部输入的控制信号触发切断装置动作，从而将导电板与输出回路之间的连接切断，实现熔断和灭弧功能，切断电池包的高压输出。但是该机构依赖外部的控制信号来动作，如果车辆发生碰撞等事故后无法及时可靠的向熔断器发出控制信号，则仍有电池包高压泄漏的风险，对乘员造成人身伤害。因此，提供一种可以兼顾车内控制和就地控制的熔断器结构和控制方法，提升车辆的安全性能，是非常有必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种能监控载流体处的电流的bdu熔断器及其控制方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种bdu熔断器，包括中空的熔断器本体，还包括：

3、载流体，穿置在熔断器本体内，用于与主回路的输入端电性连接；

4、电流就地采集模块，设置在熔断器本体内的载流体端面，用于检测载流体处的电流信号；

5、车载控制模块，用于接收车辆运行状态信息或者电流就地采集模块发送的电流信号；

6、执行模块，位于所述电流就地采集模块所在的载流体同一侧，间隔并正对载流体设置，所述执行模块与电流就地采集模块或者车载控制模块电性连接，用于执行电流就地采集模块或者车载控制模块输入的动作信号切断载流体，使主回路的输入端断路。

7、在以上技术方案的基础上，优选的，所述电流就地采集模块包括电流采集单元和mcu；所述电流采集单元包括采样电阻、电流放大器u1和模数转换芯片u2；采样电阻的一端分别与电压输入信号vin和电流放大器u1的同相输入端电性连接，采样电阻的另一端分别与分压电阻r1的一端和电流放大器u1的反相输入端电性连接，电流放大器u1的输出端与模数转换芯片u2的一个输入通道电性连接，模数转换芯片u2与mcu通信连接，采样电阻用于获取载流体上的采样电流信号，由电流放大器u1进行采样电流信号的放大处理，模数转换芯片u2用于对电流放大器u1处理后的采样电流信号进行模数转换后输出至mcu。

8、优选的，所述电流就地采集模块还包括温度采集单元；所述温度采集单元包括三极管s1、温度传感器u3和运算放大器u4，温度采集单元u3的采集端正对主回路的输入端处，用于获取主回路的输入端处的温度采样信号；三极管s1的基极分别与电阻r2的一端和温度采集单元u3的引脚1电性连接，电阻r2的另一端和三极管s1的集电极均与+24v电源电性连接，三极管s1的发射极与温度传感器u3的引脚3电性连接，温度采集单元u3的引脚2与电阻r3的一端电性连接，电阻r3的另一端分别与运算放大器u4的同相输入端和电容c3的一端电性连接，电容c3的另一端接地，运算放大器u4的输出端分别与模数转换芯片u2的另一个输入通道和运算放大器u4的反相输入端电性连接；所述温度采集单元通过非接触式方式采集主回路的输入端处的温度信号，并将温度信号经运算放大器u4缓冲后送入模数转换芯片u2中进行模数转换处理后输出至mcu。

9、优选的，所述电流就地采集模块还包括can通信单元；can通信单元包括can控制器u5、can收发器u6、第一光耦合器u7和第二光耦合器u8；can控制器u5的引脚1与电阻r4的一端电性连接，电阻r4的另一端与第一光耦合器u7的输入回路的一端电性连接，第一光耦合器u7的输入回路的另一端与+3.3v电源电性连接，第一光耦合器u7的输出回路的一端分别与电阻r5的一端和can收发器u6的引脚1电性连接，第一光耦合器u7的输出回路的另一端接地；

10、can收发器u6的引脚4与电阻r7的一端电性连接，电阻r7的另一端与第二光耦合器u8的输入回路的一端电性连接，第二光耦合器u8的输入回路的另一端与+5v电源电性连接；第二光耦合器u8的输出回路的一端分别与电阻r6的一端和+3.3v电源电性连接，电阻r6的另一端与can控制器u5的引脚2电性连接，第二光耦合器u8的输出回路的另一端接地；can收发器u6的引脚6和引脚7分别与车载控制模块通信连接；can控制器u5与mcu通信连接；所述can控制器u5为mcp2510，can收发器u6为tja1050。

11、优选的，所述执行模块包括点火气体发生器、气腔和冲击切刀；点火气体发生器的触点伸入气腔内，气腔靠近载流体的一端设置有开口，开口处嵌设有冲击切刀，冲击切刀与气腔密封设置并可滑动连接，且冲击切刀正对载流体的端面设置；气腔用于释放气体；mcu的通用输入输出端同与门的第一输入端电性连接，车载控制模块的输出端同与门的第二输入端电性连接，与门的输出端与电阻r10的一端和三极管s2的基极电性连接，三极管s2的发射极与电阻r10的另一端均接地，三极管s2的集电极分别与点火气体发生器的线圈的一端和二极管d1的阳极电性连接，二极管d1的阴极和点火气体发生器的线圈的另一端均与+12v电源电性连接；所述mcu或者车载控制模块向与门输入动作信号，使三极管s2导通，点火气体发生器的线圈上电，引燃气腔内的易燃气体，推动冲击切刀截断载流体；所述载流体上间隔设置有两薄弱处，两薄弱处之间的间距与冲击切刀的径向宽度相适应。

12、优选的，所述熔断器本体内还设置有灭弧模块和冷却模块；所述灭弧模块和冷却模块均设置在所述电流就地采集模块所在的载流体另一侧；灭弧模块上设置有与冲击切刀尺寸相适应的卡槽；卡槽的内表面环绕设置有若干灭弧组件，若干灭弧组件沿着冲击切刀的轴向延伸方向倾斜且间隔设置；所述冷却模块与所述电流就地采集模块相对设置，冷却模块分别与熔断器本体的表面和载流体表面贴合，对电流就地采集模块所在的载流体处进行导热降温。

13、另一方面，本发明还提供了一种bdu熔断器控制方法，包括如下步骤：

14、配置上述的bdu熔断器；

15、预先获取电流就地采集模块获取的电流信号在不同大小时，主回路的输入端处的温度与通电时间之间的关系表，并存储在mcu中；并获取主回路的输入端处的电流阈值、温度阈值和对应的累计发热量阈值；

16、电流就地采集模块的电流采集单元按照采样时间间隔t获取载流体处的电流信号，温度采集单元按照采样时间间隔t获取主回路的输入端处的温度信号，电流信号和温度信号均发送至mcu中；

17、mcu根据熔断器工作时的起始环境温度，主回路的输入端通电工作的时间，累计主回路的输入端处的发热量，当主回路的输入端处的当前温度达到温度阈值的90%或者发热量达到累计发热量阈值的85%时，mcu根据当前采样时间及前 n-1个采样时刻的电流信号和温度信号，， n为初始状态到当前时刻的电流信号和温度信号的采样次数，mcu预估当前时刻之后 m个采样时刻的主回路的输入端处的温度和发热量，并根据当前时刻之后的电流信号变化情况，选择性的执行与车载控制模块的握手交互策略，电流就地采集模块或者车载控制模块输入的动作信号切断载流体。

18、优选的，所述主回路的输入端处的当前温度达到温度阈值的90%或者发热量达到累计发热量阈值的85%，是指根据温度采集单元非接触式测量主回路的输入端处的实时温度达到温度阈值的90%，或者采用如下公式计算累计发热量：

19、；

20、；

21、……

22、；

23、；其中，、、……、分别为 n个采样时刻获得的流经载流体的电流的大小； r为主回路的输入端处的等效电阻；==输出继=采样时间间隔t， f为主回路的输入端处的热交换系数，、、……、为 n个采样时刻的主回路的输入端处的温度与环境温度之差；、、……、为相邻两个采样时刻的主回路的输入端处的发热量，为主回路的输入端处的累计发热量；当达到发热量阈值的85%时，mcu预估当前时刻之后 m个采样时刻的主回路的输入端处的温度和发热量；以当前温度达到温度阈值的90%或者累计发热量达到发热量阈值的85%的较晚的时刻为准。

24、优选的，所述mcu预估当前时刻之后 m个采样时刻的主回路的输入端处的温度和发热量，是根据前 n-1个采样时刻的电流信号和温度信号，结合预先获取电流就地采集模块获取的电流信号在不同大小时，主回路的输入端处的温度与通电时间之间的关系表，拟合出后续 m个采样时刻的温度曲线或者累计发热量的曲线，找到电流阈值对应的采样时刻，以较晚到达电流阈值的采样时刻为准。

25、优选的，所述mcu选择性的执行与车载控制模块的握手交互策略，是基于如下规则：

26、1）当主回路的输入端处的当前温度达到温度阈值的90%或者发热量达到累计发热量阈值的85%时，如后续非达到电流阈值的采样时刻中，流经载流体的电流下降，且下降幅度超过当前时刻以前 k个电流采样时刻的电流的大小的平均值，则中止 m个采样时刻的计数， k不超过 n；

27、2）当主回路的输入端处的当前温度达到温度阈值的90%或者发热量达到累计发热量阈值的85%时，如后续非达到电流阈值的采样时刻中，流经载流体的电流保持不变，mcu与车载控制模块在到达电流阈值的采样时刻之前的第一时段内间断的进行报文交互，报文包含mcu向车载控制模块发送存活时间到达温度阈值之后并持续第二时段的动作信号请求，车载控制模块接收到一定数量的动作信号请求后，确认动作信号请求有效，并在报文内的到达电流阈值的采样时刻之前向执行模块输入动作信号，切断载流体；如mcu未收到足够数量的车载控制模块返回的请求接收确认报文，则有mcu在熔断器本体内自动驱动执行模块，执行切断载流体的动作；

28、3）当主回路的输入端处的当前温度达到温度阈值的90%或者发热量达到累计发热量阈值的85%时，如后续非达到电流阈值的采样时刻中，流经载流体的电流上升，或者降低到不超过当前时刻以前 k个电流采样时刻的电流的大小的平均值，则重新拟合出后续 m’个采样时刻的温度曲线或者累计发热量的曲线，找到电流阈值对应的新的采样时刻，并参照步骤2)的内容执行报文交互的内容。

29、本发明提供的一种bdu熔断器及控制方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：

30、本方案通过在熔断器本体内外部相应设置电流就地采集模块、车载控制模块和执行模块，能够实现本地熔断和车载控制模块控制熔断两种方式，在车辆发生异常时，能够通过有效途径确认车载控制模块是否可靠运行，否则由电流就地采集模块执行熔断器的断电动作，提高了新能源车辆的安全性和可靠性；

31、通过采用冲击切刀配合气腔与点火气体发生器触发的机制，能够可靠有效的切断载流体，进一步设置的灭弧模块，有利于快速拉长电路灭弧；冷却模块能保持载流体局部温度，提高电流就地采集模块测量的准确性，并降低温漂；

32、采用握手交互策略进行mcu与车载控制模块之间的通信交互过程，动作可靠且稳定。