机动交通工具过电流保护的制作方法

专利名称：机动交通工具过电流保护的制作方法
才几动交通工具过电流-隊护
背景技术：
发明领域
本发明涉及在机动交通工具中保护配线免受过量电流的损害。
背景技术：
机动交通工具包括由电池、发电机、交流发电机、燃料电池等供电的 范围广泛的电气装置。这些电器装置特性与功能各异。例如，机动交通工 具可包括各种灯、发热元件、电动机、存储装置、电子模块、动力传感器 等。每种电气装置通过配线连接到电力源。这种配线必须无误地依一定尺 寸制作以在各种操作状态下向负载提供电流。
由于各种状态比如系统中的短路、负载故障、以未预期的方式对电气 装置的操作、操作者对电气装置的更改或对电力负载的未预料的增添、因 机动交通工具有关的事故引起的损害等，流过配线的电流可能超过期望 值。在这样的状态下，配线中过量的电流可能引起配线故障。
通常，配线是电气系统中能力最有限的组件。因此，传统上，通过在
配线电路中放置熔断器(fiise)来保护配线免受过量电流的损害。使用熔断器 的一个问题是一旦熔断器熔断，则熔断器必须更换，造成了对操作者的不 便。使用熔断器的另一个问题是在操作状态中，熔断器不能针对操作情况 中的变化做出调整。还有另外一个问题是保护免受短历时大电流事件以及 长历时小电流事件的损害的困难。
最近，熔断器已被固态开关取代。这些开关可在过量的电流事件后被 重置。固态开关与电流传感器、温度传感器、电流计时器以及用于确定何 时切断电流的辅助电子装置组装在一起。然而，这些系统并不响应操作状
态中的变化，并可能因处理不同类型的过电流事件的能力而受到损害。 发明概述本发明基于对操作状态的感知提供机动交通工具过电流保护。在本发明的一个实施方式中，智能接线盒与电源和电力负载串联。此 智能接线盒包括电流传感器、至少一个环境传感器和受控开关。控制逻辑 基于负载属于的负载类型和感测到的负载的操作状态确定过电流阈值。如 果被感测的向负载供电的电路超过所确定的过电流阈值，则开关切断流向 负载的电流的流通。环境传感器可以是例如用于感测环境温度的温度传感 器。控制逻辑可在电流切断后的预设时间量之后，允许电流流通的恢复。 允许恢复电流的尝试可在预设的数量的切断后停止。另外，控制逻辑可在开关刚被闭合的情况下延迟一段涌入(inrush)时间后再确定感测的电路是 否超过所确定的过电流阈值。此外提供了 一种在机动交通工具中防止过电流的方法。感测至少 一种 环境状态。基于负载的电流抽取(draw)特性且基于感测到的环境状态确定 过电流阈值。如果感测到的电流的流量超过所确定的过电流阈值，则切断 流向负载的电流流通。同样提供了一种机动交通工具，其包括电力源、由电力源供电的负载 以及用于在电力源和负载之间承载电流的配线通路。受控开关设置在配线 通路中。电流传感器感测电流，温度传感器感测温度。开关闭合允许电流 流通。电流的大小由电流传感器的输出确定。此电流的大小与基于温度、 自开关闭合以来的时间以及负载和配线通路中的至少 一 部分的电流-温 度关系的阈值电流水平比较。如果电流的大小大于阈值电流水平，则开关 打开。结合附图的情况下，依据本发明的下面的详细的说明，本发明的以上 特点以及其他特点和优点将是显而易见的。
附图的简要说明


图1是示出根据本发明的实施方式的交通工具系统的框图； 图2是示出根据本发明所使用的配线的电流承载能力的曲线数的曲线图；以及
图4是示出根据本发明的实施方式的用于监控电流的方法的流程图。
优选的实施方式的详细说明
参考图1,显示了示出根据本发明的实施方式的交通工具的系统的框 图。一4殳以20显示的才几动交通工具系统包4舌至少一个电力源22。电源22 可包括电池、交流发电机/发电机、燃料电池等中的一个或更多装置。电源 22通过配线28向负载26提供电流24。配线28可包括一种或更多种导体， 所述导体一般被绝缘材料包裹并可包括固体导体、多线导体、扁形软性电 缆等。如将被本领域中的普通技术人员认识到的，任何类型的配线都可由 本发明来保护。另外，所有类型的负载26,包括发动才几、发热元件、灯/ 发光体(lamp/light)、致动器、电子才莫块、传感器等可用于本发明。不同 的负载具有不同的工作特性，其中负载26具有代表性的特性， 一般以30 显示，基于一个或更多变量比如基于时间、环境温度、供电电压、湿度等 指示电流24的大小。
机动交通工具20包括一般以32显示的智能接线盒，接线盒包括操作 地切断流向负载26的电流24的流通的开关34。开关34由来自处理器38 的信号36控制，信号36部分地基于来自感测电流24的电流传感器42的 输入40。开关34和电流传感器32可在单一封装(package)例如由意法半导
有电流感测功能的双通道高端驱动器(Double Channel High Side Driver With Current Sense for Automotive Application)或由飞思卡尔有卩艮^>司 (Freescale Semiconductor, Inc.)提供的33982B型单智能大电流带自保护 功能的石圭高端开关(Single Intelligent High-Current Self-Protected Silicon
High Side Switch)中实现。处理器38还接收环境状态指示。例如，温度 传感器44提供指示环境温度的温度信号46。其他的环境状态可由附加的 传感器48感测到。操作期间，处理器38基于例如请求由负载26提供的功能性的用户输 入来闭合开关34。处理器38通过监控或者另外读取来自电流传感器42的 输入40来确定电流24的量。电流24的量与基于来自一个或更多环境传 感器44、 48的输入、自开关34闭合以来的时长，以及基于比如负载特性 30、配线28的能力等一个或更多工作参数的阈值电流水平相比较。如果 电流24的量大于阈值电流水平，则处理器38打开开关34。为清楚起见，图1中只显示了一个开关34和一个电流传感器42。如 会被本领域中的普通技术人员认识到的，本发明支持用于保护任何数量的 配线电路的任何数量的开关和电流传感器。现参考图2,显示了示出根据本发明所使用的配线的电流承载能力的 曲线图。配线的电流承载能力依赖于多种因素，包括线规、绝缘材料类型 及厚度、连接器、路径选择、环境状态等。特别关注的是温度，所述的温 度在交通工具内部可在-40。C到85。C范围内变化，而在发动才几抢内在-40 'C到125。C范围内变化。图2中具有PVC绝缘材料的14AWG电线的最大 电流承载能力作为在环境温度为-15°C (曲线60)、 25°C (曲线62)以及 65 °C (曲线64 )下的接通持续时间的函数被提供。现参考图3，图3是示出根据本发明的实施方式的作为时间和温度的 函数的电流参数的曲线图。通过曲线80以及曲线82提供了对应于最小期 望温度以及对应于最大期望温度的、作为时间的函数的最大正常电流抽取 特性。相似地，通过曲线84以及曲线86提供了对应于最小期望温度以及 对应于最大期望温度的、显示作为电流施加的时间的函^t的配线中的最大 允许电流的曲线。不考虑环境状态，明智的惯例表明使用曲线80建立最 大电流负载抽取量以及使用曲线86用于配线电流限制。因为曲线86延伸 到曲线80下方，所以需要具有较强电流承载能力的配线。本发明的优点 之一是通过考虑环境温度，可使用便宜一些的配线向负载提供电流。本发明建立了在图3中显示为曲线88的、基于负载和配线的特性的
阈值水平。而且，阈值88基于环境状态修改。在示出的实例中，阈值88 随着下降的环境温度向上移动以及随着上升的环境温度向下移动，以便分 别位于配线界限曲线84、 86以及最大期望负载电流抽取特性曲线80、 82 之间。自电流施加以来的一段给定的时长后，当阈值88被超过时，负载 电流被切断。
现参考图4，显示了示出根据本发明的实施方式的用于监控电流的方 法的流程图。如会被本领域中的普通技术人员认识到的，示出的操作不一 定是顺序的操作。操作步骤的顺序可在本发明的主旨和范围内被修改，且 在此显示的顺序是为了逻辑的表示。同样，示出的方法可通过硬件、软件、 固件等的任何组合，在一处位置或分散的位置实现。本发明超越任何具体 的实现，且在顺序的流程图形式中显示实施方式只是为了举例i兌明的方 便。而且，本发明不必包括在显示的特定实施方式中提供的每个操作。
正如在块100中，闭合开关以将电力源连接到负载。这允许电流通过 使电源和负载相互连接的配线，在电源和负载之间流通。对于一些负载， 比如某些电动机，在开关首先闭合时，有很大的电流的短暂涌入。因为此 电流是如此短历时的电流，以至于其不太可能损害配线，正如在块102中， 监控可延迟短暂的一l殳时间。
正如在块104中，流过配线的电流被取样。正如在块106中， 一种或 更多种环境状态-陂感测。正如在块108中，确定阈值，正如在块108中， 阈值的确定基于被取样的环境状态。正如在块110中，被取样的电流与阈 值相比较。正如在块104中，如果电流小于阈值，则电流被再次取样。延 迟可插入到这样描述的循环中。另外，对环境状态取样和确定阈值的频度 可小于对电流取样和比较被取样的电流与阈值的频度。此外，这些操作的 一些或全部可基于感测在例如环境状态中的明显的改变而以不失见律的时 间间隔纟丸4亍。
正如在块110中，如果被取样的电流的比较超过阈值，导致阈值被所 取样的电流超过，则正如在块112中，开关打开。正如在块114中，递增 重试计数，以及正如在块116中，进行感测以察看重试计数是否超过预设 限度。如果重试计数没有超过预设的限度，正如在块100中，开关再次闭合。如果超过允许重试的次数，则正如在块118中，设定错误状态，且开 关保持打开直到重置状态发生。此重置状态可以是关闭点火开关然后打 开，可要求输入重置代码，比如在技术人员检查后，等等。在输入代码时、
每当交通工具起动、在计数保持没有增加一段预:没时长后或其它类似的情 况下，重试计数可被重置。重试计数也可在各种条件下减少，例如时间的 推移没有使采样的电流超过阈值。
尽管已图示说明并描述了本发明的实施方式，然而这不意味着这些实 施方式图示说明和描述了本发明所有可能的形式。更确切地说，在说明书 中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，且应当理解，可以做 出各种改变而不偏离本发明的主旨和范围。
权利要求
1. 一种系统，在具有电源和至少一个电力负载的机动交通工具中，所述电力负载通过在所述电力负载和所述电源之间的配线中流通的电流供电，所述系统与所述电源和所述电力负载串联相连，所述系统包括电流传感器，其操作地感测向所述负载供电的所述电流；至少一个环境传感器，其操作地感测指示环境操作状态的参数；受控开关，其操作地切断所述电流的流通；以及控制逻辑，其与所述电流传感器、所述至少一个环境传感器以及所述受控开关通信，所述控制逻辑操作地基于所述负载属于的负载类型和所感测到的环境操作状态确定过电流阈值，且如果向所述负载供电的所感测到的电流超过所确定的过电流阈值，则命令所述受控开关切断流向所述负载的所述电流的流通。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个环境传感器包括操 作地感测环境温度的温度传感器。
3. 如权利要求1所述的系统，其中所述系统的至少一部分是智能接 线盒的部分。
4. 如权利要求1所述的系统，其中所述控制逻辑进一步操作地在所 述电流的流通被受控切断后的预设的时间量后，允许所述电流的流通的恢 复。
5. 如权利要求4所述的系统，其中所述控制逻辑进一步操作地在对 所述电流的流通进行预设的数量的受控切断后，停止尝试允许恢复所述电 流的流通。
6. 如权利要求1所述的系统，其中所述控制逻辑进一步操作地在确 定向所述负载供电的所感测到的电流是否超过所确定的过电流阈值之前， 延迟一段涌入时间。
7. 如权利要求1所述的系统，其中所述控制逻辑进一步操作地基于 所述电流在所述电力负载和所述电源间流通的时长确定所述过电流阈值。
8. 如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个环境传感器操作地 感测指示所述负载的环境操作状态的参数。
9. 一种在具有通过配线可连接到负载的电力源的机动交通工具中防 止过电流的方法，所述负载具有已知的作为至少 一种环境操作状态的函数的电流抽耳又特性，所述方法包括以下步骤 感测所述至少一种环境工作状态；基于所述电流消耗特性和所感测到的所述至少 一种环境操作状态确 定过电流阈值；感测通过所述配线的电流的流量；以及如果所感测到的电流的流量超过所确定的过电流阈值，则切断流向所 述负载的电流的流通。
10. 如权利要求9所述的方法，其进一步包括基于电流流过所述配线 的时长确定所述过电流阈值。
11. 如权利要求9所述的方法，其中感测所述至少一种环境工作状态 的所述步骤包括感测温度。
12. 如权利要求9所述的方法，进一步包括在电流的流通切断后，在 允许流向所述负载的电流的流通的恢复前，等待预设的时长。
13. 如权利要求12所述的方法，其进一步包括重复切断流向所述负 载的电流的流通，并在暂停尝试允许流向所述负载的电流的流通的恢复 前，允许流向所述负载的电流的流通的恢复预设数量的次数。
14. 如权利要求9所述的方法，其进一步包括在通过所述配线的电流 的流通开始后，在感测通过所述配线的电流的流通前，等待涌入时间。
15. —种机动交通工具，其包括 电力源；负载，其由所述电力源供电；　配线通路，其操作地在所述电力源与所述负载之间承栽电流； 受控开关，其设置在所述配线通路中； 电流传感器，其感测所述电流； 温度传感器，其感测环境温度；以及控制逻辑，其与所述受控开关、所述电流传感器以及所述温度传感器 通信，所述控制逻辑操作地(a) 闭合所述开关从而允许所述电流流通；(b) 由所述电流传感器的输出确定所述电流的大小；(c )将所确定的所述电流的大小与阈值电流水平相比较，所述阈值电 流水平以感测到的温度、基于所述开关何时被闭合的时长、以及所述负载 和所述配线通路的至少一部分的电流-温度关系为基础，以及(d)如果所确定的所述电流的大小大于所确定的阈值电流水平，则 打开所述开关。
16. 如权利要求15所述的机动交通工具，其中所述控制逻辑在将所 确定的所述电流的大小与所确定的阈值电流水平比较前，等待涌入时间。
17. 如权利要求16所述的机动交通工具，其中如果所述开关是因为 所确定的所述电流的大小大于所确定的阈值电流水平而被打开的，则所述 控制逻辑进一步地操作地在预定的延迟时间后闭合所述开关。
18. 如权利要求17所述的机动交通工具，其中所述控制逻辑进一步 地可操作，按照预设的重复数量重复以下操作由于所确定的所述电流的 大小大于所确定的阈值电流水平而打开所述开关以及在预定的延迟时间 后闭合所述开关。
全文摘要
本发明涉及机动交通工具过电流保护。基于感测至少一种工作状态而在机动交通工具中防止过电流。过电流阈值基于负载的特性以及基于感测到的状态被确定。如果感测到的电流的流量超过所确定的过电流阈值，则流向负载的电流的流通被切断。感测到的状态可以是例如环境温度。
文档编号H02H7/22GK101399435SQ20081014932
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月17日 优先权日2007年9月26日
发明者大卫·安东尼·海恩 申请人:李尔公司