电源回路保护装置及方法与流程

1.本发明涉及机械工程技术领域，尤其涉及一种电源回路保护装置及方法。


背景技术：

2.在作业机械中，对于大功率电源回路，负载电器内部出现短路将导致器件损坏，引发不良后果。现有技术中，通常是利用熔断型保险丝进行保护，该种方法下熔断器规格的选择基本是依据经验或者试错的方式选择，导致熔断器规格往往偏大。所以熔断丝不能及时熔断，无法对电源回路进行有效保护，同时也导致电器件成本增加。


技术实现要素：

3.本发明提供一种电源回路保护装置及方法，用于解决现有技术中电源回路的保护效果差的技术问题。
4.本发明提供一种电源回路保护装置，包括设置在所述电源回路中的熔断器和保护单元；
5.所述保护单元，与所述熔断器串联，用于采集所述电源回路中的实时电流信号，并基于所述实时电流信号对所述电源回路进行过流保护。
6.根据本发明提供的电源回路保护装置，所述熔断器的规格参数是基于所述保护单元采集的实时电流信号确定的。
7.根据本发明提供的电源回路保护装置，所述保护单元包括顺次电连接的采集模块、处理模块和断路模块；
8.所述采集模块，用于采集所述电源回路中的实时电流信号；
9.所述处理模块，用于将所述实时电流信号与预设电流阈值进行比较，若所述实时电流信号大于等于预设电流阈值，则确定线路保护指令；
10.所述断路模块，用于基于所述线路保护指令，断开所述电源回路。
11.根据本发明提供的电源回路保护装置，所述处理模块还用于：
12.确定线路复位指令；所述线路复位指令用于闭合所述电源回路。
13.根据本发明提供的电源回路保护装置，所述保护单元还包括通信模块；
14.所述通信模块，与所述处理模块电连接，用于将所述实时电流信号发送至远程控制装置，以供所述远程控制装置对所述实时电流信号进行显示。
15.根据本发明提供的电源回路保护装置，所述采集模块为多重冗余设置的电流传感器。
16.根据本发明提供的电源回路保护装置，所述预设电流阈值是基于所述电源回路中的负载确定的。
17.根据本发明提供的电源回路保护装置，所述熔断器包括瓷插式、螺旋式、密闭管式和填料式中的至少一种。
18.本发明提供一种电源回路保护方法，应用于所述的电源回路保护装置，包括：
19.获取电源回路中的实时电流信号；
20.基于所述实时电流信号，以及预设电流阈值，对所述电源回路进行过流保护，并基于所述实时电流信号，确定所述电源回路中熔断器的规格参数；
21.其中，所述熔断器与所述电源回路保护装置串联在所述电源回路中。
22.根据本发明提供的电源回路保护方法，所述基于所述实时电流信号，以及预设电流阈值，对所述电源回路进行过流保护，包括：
23.若所述实时电流信号大于等于预设电流阈值，则断开所述电源回路。
24.根据本发明提供的电源回路保护方法，所述获取电源回路中的实时电流信号，之前包括：
25.获取电源回路中的负载的额定功率；
26.基于所述电源回路的工作电压，以及所述负载的额定功率，确定所述电源回路的工作电流；
27.基于所述工作电流，确定所述预设电流阈值。
28.本发明提供的电源回路保护装置及方法，在电源回路中设置串联的熔断器和保护单元，能够采集电源回路中的实时电流信号，既能够根据实时电流信号快速有效地切断电源回路，又能够在保护单元失效时提供熔断器保护，由于对电源回路进行双重保护，同时可以根据保护单元采集的实时电流信号确定熔断器的规格参数，实现了熔断器和保护单元的优势互补，提高了电源回路保护的可靠性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明提供的电源回路保护装置的结构示意图；
31.图2为本发明提供的智能线路保护装置的结构示意图；
32.图3为本发明提供的电源回路保护方法的流程示意图。
33.附图标记：
34.100：电源回路保护装置；
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110：熔断器；
35.120：保护单元；
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121：采集模块；
36.122：处理模块；
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123：断路模块；
37.124：通信模块。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.图1为本发明提供的电源回路保护装置的结构示意图，如图1所示，电源回路保护
装置100包括设置在电源回路中的熔断器110和保护单元120；
40.保护单元120，与熔断器110串联，用于采集电源回路中的实时电流信号，并基于实时电流信号对电源回路进行过流保护；
41.熔断器110的规格参数是基于保护单元120采集的实时电流信号确定的。
42.具体地，作业机械的电气结构中包括多个电源回路。当作业机械在进行作业时，随着工况的变化，各个电源回路的电流也在时刻发生变化。若不对电源回路进行监测，过大的电流将导致电源回路中的元器件损坏，造成巨大的经济损失。本发明实施例提供的电源回路保护装置100可以设置在每一电源回路中，由熔断器110和保护单元120组成。其中，熔断器110和保护单元120串联后接入电源回路中。
43.熔断器110是当电源回路中的电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电源回路的一种电气元件。
44.保护单元120为具有电流检测和电路切断功能的执行机构。当电源回路接入负载进行工作时，保护单元120用于采集电源回路中的实时电流信号，同时根据实时电流信号进行判断。若实时电流信号超过预先确定的某个数值时，保护单元120切断电源回路，避免过大的电流损坏线路中的各个电气元件。若实时电流信号低于预先确定的某个数值时，保护单元120保持电源回路连通，使得线路中的各个电气元件正常工作。
45.可以对保护单元120采集的实时电流信号进行统计，得到作业机械在全工况下该电源回路接入负载的电流数值。对这些电流数值进行分析，可以得到该电源回路的电流最大值。根据该电流最大值，可以确定熔断器110的规格参数。
46.规格参数包括额定电流、极限分断电流值等。熔断器110的额定电流是熔断器110能长期通过且正常工作的电流值，它取决于熔断器各部分长期工作时的容许升温。极限分断电流值是指熔断器110在故障条件下能可靠地分断的最大短路电流，它是熔断器110很重要的技术指标参数。
47.例如，回路正常工作电流13a，初步选定熔断器110的规格为32a，电源回路保护装置100的预设电流阀值第一次设置值等于熔断器110的额定电流，通过电源回路保护装置100的采集模块110收集多次车辆正常行驶全工况下该回路的最大电流值i
max
，然后根据i
max
的值选熔断器110的额定电流。
48.现有技术中，通常采用单一的熔断器对电源回路进行保护。由于熔断器的规格参数都是根据人工经验或者多次试错后进行确定的，准确性较低，不能及时熔断，无法对电源回路进行保护。此外，单独根据实时电流对电源回路进行保护，当电流检测装置或者电源切换装置发生故障时，电源回路得不到有效的保护。本发明实施例将熔断器110和保护单元120进行结合，可以在熔断器110未熔断前对电源回路进行及时保护，也可以在保护单元120失效时对电源回路进行过流保护。熔断器110的规格参数也可以根据保护单元120采集的实时电流信号进行确定。
49.本发明实施例提供的电源回路保护装置，在电源回路中设置串联的熔断器和保护单元，能够采集电源回路中的实时电流信号，既能够根据实时电流信号快速有效地切断电源回路，又能够在保护单元失效时提供熔断器保护，由于对电源回路进行双重保护，同时可以根据保护单元采集的实时电流信号确定熔断器的规格参数，实现了熔断器和保护单元的优势互补，提高了电源回路保护的可靠性。
50.基于上述实施例，保护单元120包括顺次电连接的采集模块121、处理模块122和断路模块123；
51.采集模块121，用于采集电源回路中的实时电流信号；
52.处理模块122，用于将实时电流信号与预设电流阈值进行比较，若实时电流信号大于等于预设电流阈值，则确定线路保护指令；
53.断路模块123，用于基于线路保护指令，断开电源回路。
54.具体地，保护单元120包括采集模块121、处理模块122和断路模块123，以上三个模块顺次电连接。
55.采集模块121可以为电流传感器，用于采集电源回路中的实时电流信号。电流传感器的类型可以为分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等。
56.处理模块122用于对实时电流信号进行处理。可以在处理模块122的存储器中设置预设电流阈值，用于对实时电流信号的大小进行衡量。预设电流阈值可以选择为电源回路所能承受的电流最大值。若实时电流信号大于等于预设电流阈值，则表明电源回路中的实时电流超出了电源回路所能承受的电流范围，将会对电源回路中的电气元件造成损坏，此时，处理模块122可以生成线路保护指令，并将其发送至断路模块123。
57.断路模块123用于对电源回路进行断开或者闭合操作。当断路模块123接收到线路保护指令之后，立即断开电源回路，切断电流。
58.基于上述任一实施例，处理模块122还用于：
59.确定线路复位指令；线路复位指令用于闭合电源回路。
60.具体地，除了对电源回路进行过流保护外，处理模块122还可以确定线路复位指令，用于对电源回路进行复位。
61.例如，处理模块122可以根据预设时间常数，确定线路复位指令。预设时间常数可以为10秒，1分钟，可以根据实际需要进行设置。处理模块122可以在电源回路断开的持续时间超过预设时间常数后，生成线路复位指令，将其发送至断路模块123。当断路模块123接收到线路复位指令之后，立即接通电源回路。
62.若接通后的电源回路中实时电流信号依然大于等于预设电流阈值，则表明电源回路中的异常情况尚未排除，此时无法正常工作，则处理器122根据采集模块121重新采集的实时电流信号生成线路保护指令，断路模块123继续断开电源回路；若接通后的电源回路中实时电流信号小于预设电流阈值，则表明电源回路中的异常情况已经排除，此时可以继续正常工作。
63.基于上述任一实施例，保护单元120还包括通信模块124；
64.通信模块124，与处理模块122电连接，用于将实时电流信号发送至远程控制装置，以供远程控制装置对实时电流信号进行显示。
65.具体地，远程控制装置可以为上级控制器，或者远程服务器等。例如，远程控制装置可以为作业机械中的整车控制器。通信模块124将处理模块122提供的实时电流信号可以按照固定的时间间隔发送至整车控制器。整车控制器将实时电流信号显示在作业机械的控制面板上，以供驾驶员参考。
66.通信模块124可以通过有线设备或者无线设备与远程控制装置连接。例如，有线设备可以为作业机械上的通信总线，无线设备可以为作业机械上的车联网无线通信设备。
67.基于上述任一实施例，采集模块121为多重冗余设置的电流传感器。
68.具体地，为了提高电流采集的准确性，采集模块121可以为多重冗余设置的电流传感器。例如，对于重要的电源回路，采集模块121可以设置3个冗余的电流传感器，电流传感器的类型和精度也可以设置为各不相同，从而提高实时电流信号采集的可靠性和精度。对于普通的电源回路，采集模块121设置1个电流传感器即可。
69.基于上述任一实施例，预设电流阈值是基于电源回路中的负载确定的。
70.具体地，作业机械的部分电源回路所承载的负载可能是变化的。对于不同的负载，电源回路保护装置100中的预设电流阈值应该是不同的，才能对电源回路进行有效的保护。
71.因此，可以根据电源回路中的负载确定预设电流阈值。预设电流阈值可以与负载的功率大小成正比例关系。对于较大的负载，可以设置较大的预设电流阈值，对于较小的负载，可以设置较小的预设电流阈值。
72.基于上述任一实施例，熔断器110包括瓷插式、螺旋式、密闭管式和填料式中的至少一种。
73.具体地，熔断器110的具体类型可以根据实际情况进行选择。
74.瓷插式熔断器是由瓷盖、瓷座、动触头、静触头及熔丝五部分组成，更换方便，广泛应用于照明和小容量电动机的断路保护中。螺旋式熔断器主要由瓷帽、熔断管、瓷套、上接线端、下接线端及座子等部分组成。密闭管式熔断器，由一个熔断管，二个插座和一片或两片熔片组成。熔断器的熔片装在熔断管里，并通过熔断管的帽子与插座接触，形成电流通路。填料式熔断器主要由管体、指示器、石英砂填料和熔体组成。
75.基于上述任一实施例，图2为本发明提供的智能线路保护装置的结构示意图，如图2所示，智能线路保护装置包括熔断器(fu1)和智能保险丝。智能保险丝串联在熔断器后。智能保险丝包含：电流采集器、处理单元、寄存储器、切断装置、低压接口和通讯接口各1个。
76.智能线路保护装置的工作过程包括：
77.电流采集器不间断地采集回路电流，将电流信号传至处理单元；
78.处理单元将电信号转换为需要的电平信号，寄存至储存器；
79.寄存储器将电信号定间隔向控制器发送数据，控制器处理后发送至整车控制器；
80.整车控制器将信号发送至仪表进行显示监控；
81.智能保险丝将采集车辆全工况下该保护回路负载所需的电流真实值；
82.根据采集结果，优化熔断器的选型。
83.例如，当负载为打气泵时，额定功率为4kw，工作电压320v，回路正常工作电流13a，初步选定fu1规格为32a，智能保险丝的阀值第一次设置值等于fu1，整车控制器通过智能保险丝的控制模块收集多次车辆正常行驶全工况下该回路的最大电流值i
max
，然后根据i
max
的值选fu1的规格。
84.又例如，当负载为打气泵时，额定功率为4kw，工作电压320v，回路正常工作电流13a，初步选定fu1规格为32a，智能保险丝的阀值第一次设置值fu
k
≤fu1，智能保险丝的监测模块采集多次车辆行驶情况下该回路的电流值i，当i≥fu
k
时，智能保险丝切断保护回路。
85.基于上述任一实施例，图3为本发明提供的电源回路保护方法的流程示意图，如图3所示，该方法应用于上述电源回路保护装置，包括：
86.步骤310，获取电源回路中的实时电流信号；
87.步骤320，基于实时电流信号，以及预设电流阈值，对电源回路进行过流保护，并基于实时电流信号，确定电源回路中熔断器的规格参数；
88.其中，熔断器与电源回路保护装置串联在电源回路中。
89.具体地，可以通过电源回路保护装置中的采集模块来获取实时电流信号。采集模块还可以对实时电流信号进行滤波处理，以消除实时电流信号中的噪音，提高电流数据采集的准确度。
90.对于重要的电源回路，还可以通过冗余采集的方法来提高实时电流信号的可靠性。例如，可以同时设置3个冗余的电流传感器，分别采集3个实时电流信号，然后采用三取二的逻辑，确定最终输出的实时电流信号。又例如，还可以设置多个不同类型的电流传感器，分别对同一电源回路中的实时电流进行采集，提高实时电流信号采集的可靠性和精度。
91.可以设置预设电流阈值，用于对实时电流信号的大小进行衡量。预设电流阈值可以选择为电源回路所能承受的电流最大值。若实时电流信号大于等于预设电流阈值，则表明电源回路中的实时电流超出了电源回路所能承受的电流范围，将会对电源回路中的电气元件造成损坏，此时，可以生成线路保护指令，对电源回路进行过流保护。
92.可以根据预设时间常数，确定线路复位指令。预设时间常数可以为10秒，1分钟，可以根据实际需要进行设置。可以在电源回路断开的持续时间超过预设时间常数后，生成线路复位指令，用于接通电源回路。
93.若接通后的电源回路中实时电流信号依然大于预设电流阈值，则表明电源回路中的异常情况尚未排除，此时无法正常工作，则重新采集实时电流信号，生成线路保护指令，断开电源回路；若接通后的电源回路中实时电流信号小于预设电流阈值，则表明电源回路中的异常情况已经排除，此时可以继续正常工作。
94.可以对实时电流信号进行统计，得到作业机械在全工况下该电源回路接入负载的电流数值。对这些电流数值进行分析，可以得到该电源回路的电流最大值。根据该电流最大值，可以确定熔断器的规格参数。
95.本发明实施例提供的电源回路保护方法，在电源回路中设置串联的熔断器和保护单元，能够采集电源回路中的实时电流信号，既能够根据实时电流信号快速有效地切断电源回路，又能够在保护单元失效时提供熔断器保护，由于对电源回路进行双重保护，同时可以根据保护单元采集的实时电流信号确定熔断器的规格参数，实现了熔断器和保护单元的优势互补，提高了电源回路保护的可靠性。
96.基于上述任一实施例，步骤320包括：
97.若实时电流信号大于等于预设电流阈值，则断开电源回路。
98.具体地，若实时电流信号大于等于预设电流阈值，则表明电源回路中的实时电流超出了电源回路所能承受的电流范围，将会对电源回路中的电气元件造成损坏，此时，断开电源回路，对电源回路进行过流保护。
99.基于上述任一实施例，步骤310之前包括：
100.获取电源回路中的负载的额定功率；
101.基于电源回路的工作电压，以及负载的额定功率，确定电源回路的工作电流；
102.基于工作电流，确定预设电流阈值。
103.具体地，当电源回路中接入负载时，可以根据负载的参数信息获取负载的额定功率。根据电源回路的工作电压和额定功率，确定电源回路的工作电流。将该工作电流与余量系数的乘积作为预设电流阈值。
104.余量系数可以为1、1.05和1.1等，可以根据实际情况进行选取。
105.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
106.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干命令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
107.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。