用于保護電導(dǎo)體的電子設(shè)備和用于控制這樣的設(shè)備的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種設(shè)備，包括：電子保護殼體(4)，其被設(shè)置有MOSFET的電子開關(guān)(40)，可以根據(jù)預(yù)定周期Tpwm和可變循環(huán)比(cyclic ratio)(αpwm)，以脈沖寬度調(diào)制模式來控制所述電子開關(guān)；電流傳感器(42)，其適用于測量在導(dǎo)體(2)中流過的電流的強度(Icond)；溫度傳感器(6)，其適用于測量在沿所述導(dǎo)體設(shè)置的點附近處的環(huán)境溫度(Tamb)；以及控制模塊(41)，其適用于基于從所述溫度傳感器(6)和所述電流傳感器(42)接收的數(shù)據(jù)，以有規(guī)律的間隔來確定并向所述開關(guān)(40)發(fā)送所述循環(huán)比(αpwm)的新值(α_NT)。本發(fā)明還涉及一種用于控制這樣的電子設(shè)備以保護電導(dǎo)體的方法。
【專利說明】用于保護電導(dǎo)體的電子設(shè)備和用于控制這樣的設(shè)備的方法
[0001] 優(yōu)先權(quán)聲明
[0002] 本發(fā)明要求享有于2012年5月16日遞交的法國申請1254471的優(yōu)先權(quán)，該申請 的內(nèi)容（說明書、附圖和權(quán)利要求書）以引用方式并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 概括地說，本發(fā)明涉及在短路情況下的電導(dǎo)體的保護，且具體的說，涉及被裝配在 機動車輛中的這樣的導(dǎo)體的保護。

【背景技術(shù)】
[0004] 今天，機動車輛的大多數(shù)部件使用不同性質(zhì)的電組件，例如，電動機、電阻、傳感器 或燈。
[0005] 也被稱為電負荷的這些組件由電導(dǎo)體中傳輸?shù)碾娏鱽砑?，所述電?dǎo)體通過不同 的絞線被裝配在車輛內(nèi)。這些電導(dǎo)體還形成能夠?qū)⒉煌碾娯摵呻姎怄溄又量刂齐娮託んw 的電路，所述控制電子殼體自身被鏈接至電源（車輛的電池）。更確切地說，術(shù)語電導(dǎo)體意 指電子殼體和負荷之間的互連系統(tǒng)。這樣的導(dǎo)體還包括：至少一根導(dǎo)線、被安置在殼體和導(dǎo) 線之間的至少一個第一導(dǎo)體以及被安置在導(dǎo)線和負荷之間的至少一個第二導(dǎo)體。
[0006] 為了避免在短路情況下的過熱的危險，安放這些電導(dǎo)體的保護設(shè)備是有必要的。 這樣的設(shè)備通常包括安放在電子殼體中的熔絲，所述電子殼體位于電池和電導(dǎo)體之間，可 以根據(jù)配置將熔絲與類型為繼電器的開關(guān)相關(guān)聯(lián)，所述開關(guān)通過電導(dǎo)體來管理負荷的電 源。
[0007] 熔絲被配置為當(dāng)它經(jīng)受超出正常工作電流的電流時熔化，有引起敏感導(dǎo)體的大量 發(fā)熱的危險，敏感導(dǎo)體的大量發(fā)熱導(dǎo)致它們的老化甚至著火。
[0008] 不幸地，負荷的瞬時性能（特征是大電流相對于短時間），熔絲的電氣特性的分布 以及"不確定"區(qū)域的存在（由于該區(qū)域，該熔絲的性能處于不好控制的狀態(tài)）同樣是在選 擇要使用的電導(dǎo)體時應(yīng)當(dāng)考慮的約束。
[0009] 這說明，實際上，所選擇的導(dǎo)體具有超出尺寸的部分，導(dǎo)致事實上不可忽略的超額 成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 因此，本發(fā)明的目的在于提供針對電導(dǎo)體的更有效保護，能夠避免其超出尺寸。
[0011] 為此，本發(fā)明提出一種針對電導(dǎo)體的電子保護設(shè)備，所述電導(dǎo)體將電負荷電氣鏈 接至電源，所述設(shè)備包括位于所述導(dǎo)體和所述電源之間的電子保護殼體，
[0012] 其特征在于，所述設(shè)備包括：
[0013] -電流傳感器，能夠測量在所述導(dǎo)體中流過的電流的強度；
[0014] -溫度傳感器，能夠測量在沿所述導(dǎo)體設(shè)置的點附近處的環(huán)境溫度；
[0015] 以及所述殼體包括：
[0016] -MOSFET型電子開關(guān)，可根據(jù)預(yù)定周期和可變占空比，通過脈沖寬度調(diào)制模式來操 控；以及
[0017] -控制模塊，能夠根據(jù)從所述溫度傳感器和所述電流傳感器接收的數(shù)據(jù)，以有規(guī)律 的間隔來確定并向所述開關(guān)發(fā)送所述占空比的新值。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明將類型為MOSFET的電子開關(guān)與關(guān)于該開關(guān)的占空比（即電子開關(guān)停 留在閉合位置的時間與周期的百分比）的控制模塊相結(jié)合的設(shè)備，根據(jù)當(dāng)開關(guān)在閉合位置 時經(jīng)過該導(dǎo)體的電流的強度的演化以及在導(dǎo)體的靈敏點附近處的環(huán)境溫度的變化來調(diào)節(jié) 在導(dǎo)體內(nèi)部流過的電流的有效強度，其中，所述變化直接影響可以被散發(fā)到導(dǎo)體外部的熱 量。
[0019] 對經(jīng)過導(dǎo)體的電流的有效強度的這種調(diào)節(jié)還能夠限制導(dǎo)體的發(fā)熱，尤其是在短路 發(fā)生時，并因此避免超出導(dǎo)體該部分的尺寸。
[0020] 根據(jù)所述設(shè)備的優(yōu)選特征，采用以下項中一項或其組合：
[0021] -所述設(shè)備包括多個環(huán)境溫度傳感器，沿所述導(dǎo)體在受所述導(dǎo)體中流通的過電流 的影響下的最熱的敏感點附近處安置所述多個溫度傳感器；
[0022] -所述設(shè)備包括所述電子開關(guān)的底座的溫度的傳感器；
[0023] -所述電源包括機動車輛的電池；
[0024]-所述導(dǎo)體包括導(dǎo)線以及被安置在所述導(dǎo)線兩端的兩個連接器，第一連接器被連 接在所述電子殼體上，而第二連接器被連接在所述負荷上；和/或
[0025] -所述控制模塊可以在實體上被物理插入到位于所述開關(guān)外部的電子操控單元 (l'6lectronique de pilotage)之中或甚至所述開關(guān)之中，或者在邏輯上通過在存儲器中 存儲的且與存在于所述殼體包括的電子卡上的計算器相關(guān)聯(lián)的算法來被插入。
[0026] 本發(fā)明的目的還在于提供一種用于控制這樣的電子設(shè)備以保護電導(dǎo)體的方法。
[0027] 所述方法包括：第一估計步驟，根據(jù)從所述溫度傳感器和所述電流傳感器接收的 數(shù)據(jù)來估計所述導(dǎo)體的至少一個靈敏點處的溫度值；以及第二保護步驟，在該步驟中，根據(jù) 針對所述導(dǎo)體預(yù)定義的最高溫度與所估計的溫度值之間的差來計算電子開關(guān)的所述占空 比的值。
[0028] 根據(jù)所述方法的優(yōu)選特征，采用以下項中一項或其組合：
[0029] -根據(jù)采樣周期周期性地重復(fù)所述第一估計步驟；
[0030] -所述第一估計步驟包括子步驟，其根據(jù)在前一采樣周期計算的占空比的值以及 由所述電流傳感器已經(jīng)發(fā)送的、在所述導(dǎo)體中流過的電流的強度的最新值來確定在所述導(dǎo) 體中流過的電流的有效強度值；
[0031] -所述第一估計步驟包括子步驟，其根據(jù)所述有效強度值以及所述溫度傳感器已 經(jīng)發(fā)送的環(huán)境溫度的最新值來確定在采樣周期上由所述導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生的焦耳效應(yīng)所 生成的熱量減去在相同周期期間所述導(dǎo)體向周圍空氣釋放的熱量后的值；
[0032] -所述第一估計步驟的所述采樣周期等于所述電子開關(guān)的操控周期；
[0033] -根據(jù)等于多倍所述電子開關(guān)的操控周期的采樣周期來周期性地重復(fù)所述第二保 護步驟；
[0034] -所述電子開關(guān)的操控周期的多倍優(yōu)選地大于或等于10 ;
[0035] -所述第二保護步驟具有兩種工作模式：被命名為"去激活的熔絲（fusible d6sactiV6)"的第一模式，對于該模式，所述占空比α_的值總是等于1，故此時該開關(guān)40 在閉合位置；以及被命名為"激活的熔絲（fusible activ6)"的第二模式，對于該模式，由 調(diào)節(jié)器根據(jù)所述差來計算該值；一旦所述差e變成負的，就執(zhí)行從所述"去激活的熔絲"模 式到所述"激活的熔絲"模式的切換，并且，一旦由所述調(diào)節(jié)器計算的這個值變得大于1，就 執(zhí)行從"激活的熔絲"模式到"去激活的熔絲"模式的切換；
[0036]-所述調(diào)節(jié)器是由其比例增益和其積分增益所定義的比例積分調(diào)節(jié)器的離散版 本；
[0037]-所述第二保護步驟具有：被命名為"可用"的第一工作模式，對于該模式，所述占 空比的值總是等于1，以及被命名為"暫時禁用"的第二工作模式，對于該模式，該值總是等 于0 ;-旦所述差變成負的，就執(zhí)行從"可用"模式到"暫時禁用"模式的切換，并且一旦在所 述"暫時禁用"模式中經(jīng)過的時間達到預(yù)定義的時長，就執(zhí)行從"暫時禁用"模式到"可用" 模式的反切換；
[0038]-通過指數(shù)的增量來記錄從所述"可用"模式到所述"暫時禁用"模式的每一次切 換；和/或
[0039]-所述第二保護步驟具有被命名為"最終禁用"的第三工作模式，該模式與"暫時 禁用"相類似，但是不可逆，一旦通過所述指數(shù)記錄的缺少量的數(shù)目超出預(yù)定義閾值就執(zhí)行 向所述第三模式的切換。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 現(xiàn)在通過下面參考附圖給出的說明性但非限制性的實施方式的例子的詳細描述 來繼續(xù)進行對本發(fā)明的陳述，在附圖中：
[0041] -圖1根據(jù)本發(fā)明示出了電導(dǎo)體的電子保護設(shè)備的功能框圖；
[0042] -圖2根據(jù)本發(fā)明示出了被該設(shè)備保護的導(dǎo)體的剖視圖；
[0043] -圖3根據(jù)本發(fā)明示出了用于控制設(shè)備的方法的簡化流程圖；
[0044] -圖4根據(jù)優(yōu)選的實現(xiàn)方式詳細描述了在本方法中實施的第二保護步驟的工作邏 輯；以及
[0045] -圖5根據(jù)實現(xiàn)方式的變型詳細描述了在本方法中實施的第二保護步驟的工作邏 輯。

【具體實施方式】
[0046] 圖1示出了包括導(dǎo)體2的電路，導(dǎo)體2將電負荷3 (例如，燈或傳感器）電氣鏈接 到電子保護殼體4,電子保護殼體4自身被鏈接到機動車輛的電池5。
[0047] 導(dǎo)體2包括導(dǎo)線2A以及分別安置在導(dǎo)線2A的第一端和第二端處的兩個連接器2B 和2C。
[0048] 第一連接器2B被連接在電子保護殼體4上，而第二連接器2C被連接在負荷3上。
[0049] 電子保護殼體4包括類型為MOSFET的、借助于控制模塊41來操控的電子開關(guān)40， 控制模塊41可以在實體上被物理插入到位于開關(guān)40 (被操控的M0SFET)外部的電子操控 單元之中或甚至組件MOSFET之中，或者通過在存儲器中存儲的且與存在于殼體4的電子卡 上的計算器相關(guān)聯(lián)的算法以軟件形式被物理插入；或者以在兩個元件中分布的方式被物理 插入以優(yōu)化成本。
[0050] 殼體4還包括：電流傳感器42,其用于測量當(dāng)開關(guān)40在閉合位置時，導(dǎo)體2中流 過的電流的強度I_ d;以及溫度傳感器43,其用于測量MOSFET開關(guān)40的底座的溫度T MQS。 優(yōu)選地，將電流傳感器42和溫度傳感器43直接插入MOSFET 40中。
[0051] 另一方面，用于測量環(huán)境溫度Tamb的至少一個溫度傳感器6被安置在電導(dǎo)體2的 導(dǎo)線2A附近。優(yōu)選地，沿導(dǎo)體2在靈敏點（換言之，在電導(dǎo)體2中的流通的過電流的影響 下最熱的敏感點）附近安置多個傳感器6。
[0052] 傳感器42、傳感器43和傳感器6收集的數(shù)據(jù)被發(fā)送到控制模塊41，控制模塊41 估計導(dǎo)體2的溫度T_ d(或者如果沿導(dǎo)體安置了多個傳感器6,則導(dǎo)體的多個靈敏點處的溫 度 Tcond) °
[0053] 根據(jù)導(dǎo)體2的溫度Trand的估計值T est T，模塊41計算占空比α _的值α ρ τ，模塊 41能夠以還被稱為MLI (脈沖寬度調(diào)制）模式的PWM(脈沖寬度調(diào)制）模式來操控電子開關(guān) 40,并且遵守操控周期Tpwm。占空比 α_對應(yīng)于電子開關(guān)40停留在閉合位置的時間與操控 周期Tpwm的百分比。
[0054] 為了說明圖3至圖5,現(xiàn)在我們將以更詳細的方式來推導(dǎo)占空比α_的值α ΝΤ的 計算過程，該過程在控制模塊41中實施。
[0055] 過程的第一步100包括估計在電導(dǎo)體2的至少一個靈敏點處的導(dǎo)體2的溫度T_d 的值。
[0056] 為此，根據(jù)或多或少完善的電熱模型來建立導(dǎo)體2的模型，例如集成：連接器2B和 2C的建模，對殼體4、連接器2B、連接器2C與導(dǎo)線2A之間的熱耦合的考慮，或者對導(dǎo)線2A 與絞線中存在的其它導(dǎo)線之間的電耦合的考慮。
[0057] 導(dǎo)體2的電熱模型還可以包括電導(dǎo)線2A的老化模型，以便于適應(yīng)根據(jù)其損耗的策 略，例如考慮：面對汽車環(huán)境的狀況的導(dǎo)線的魯棒性，和/或根據(jù)已經(jīng)遭受的過熱、和/或可 能根據(jù)其自生產(chǎn)以來的年份的它的損耗。
[0058] 優(yōu)選地且為了限制必要計算的方次，控制模塊41使用簡化的電熱模型，該模型將 導(dǎo)體2與視作較長導(dǎo)線的導(dǎo)線2A相似地對待。這條導(dǎo)線2A包括半徑為R int的導(dǎo)電線芯和 圍繞線芯且厚度為Rrait-Rint的幾何圓柱的絕緣層i，其中，R μ表示導(dǎo)線的外半徑（圖2)。
[0059] 導(dǎo)電線芯c的特征在于：其密度為P。，其比熱為C。且其電導(dǎo)率為〇。(T)，后者能 夠隨著導(dǎo)體2的導(dǎo)線2Α的溫度而變化。
[0060] 在其旁邊，絕緣層i的特征在于：其密度為P i，其比熱為Ci,其與空氣交換的熱對 流系數(shù)為h (Ti, TaJ (隨著絕緣層i的溫度Ti和環(huán)境溫度T "b而變化）以及其介入由導(dǎo)線 2A發(fā)射的輻射而在空氣中發(fā)射系數(shù)為ε。
[0061] 為了簡化，使用的模型考慮導(dǎo)電線芯c的溫度Τ。與絕緣層i的溫度T i是一樣的， 換言之，整段導(dǎo)線2A(導(dǎo)電線芯c和絕緣層i)上的溫度是一致的。在下文中，將導(dǎo)體2的 溫度全部視為唯一變量T_ d。這種簡化還能夠?qū)?dǎo)體2的熱慣性全部視為：

【權(quán)利要求】
1. 一種針對電導(dǎo)體（2)的電子保護設(shè)備，所述電導(dǎo)體將電負荷（3)電氣鏈接至電源 巧），所述設(shè)備包括位于所述導(dǎo)體（2)和所述電源（5)之間的電子保護殼體（4)， 其特征在于，所述設(shè)備包括： -電流傳感器（42)，用于測量在所述導(dǎo)體（2)中流過的電流的強度（I。。。。）； -溫度傳感器化），用于測量在沿所述導(dǎo)體（2)設(shè)置的點附近處的環(huán)境溫度（T"b); W及所述殼體（4)包括： -MOSFET型電子開關(guān)（40)，根據(jù)預(yù)定周期（TpJ和可變占空比（QpJ，通過脈沖寬度調(diào) 制模式來操控；W及 -控制模塊（41)，根據(jù)從所述溫度傳感器（6)和所述電流傳感器（42)接收的數(shù)據(jù)，W 有規(guī)律的間隔來確定并向所述開關(guān)（40)發(fā)送所述占空比（a pj的新值（a WT)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子保護設(shè)備，其特征在于包括多個環(huán)境溫度（T 傳感器 化），沿所述導(dǎo)體（2)在受所述導(dǎo)體（2)中流過的過電流的影響下的最熱的敏感點附近處安 置所述多個溫度傳感器；
3. 根據(jù)權(quán)利要求1至2中的一項所述的電子保護設(shè)備，其特征在于包括所述電子開關(guān) (40) 的底座的溫度（TmJ的傳感器（43)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項所述的電子保護設(shè)備，其特征在于，所述電源包括機動 車輛的電池（3)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項所述的電子保護設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)體（2)包括 導(dǎo)線（2A) W及被安置在所述導(dǎo)線（2A)兩端的兩個連接器（2B、2C)，第一連接器（2B)被連 接在所述電子殼體（4)上，而第二連接器（2C)被連接在所述負荷（3)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的一項所述的電子保護設(shè)備，其特征在于，所述控制模塊 (41) 在實體上被物理插入到位于所述開關(guān)（40)外部的電子操控單元之中或甚至所述開關(guān) (40)之中，或者在邏輯上通過在存儲器中存儲的且與存在于所述殼體（4)包括的電子卡上 的計算器相關(guān)聯(lián)的算法來被插入。
7. -種針對電導(dǎo)體（2)的保護設(shè)備的控制方法，所述保護設(shè)備符合權(quán)利要求1至6中 的一項，所述方法包括；第一估計步驟（100)，根據(jù)從所述溫度傳感器（6)和所述電流傳感 器（4。接收的數(shù)據(jù)來估計所述導(dǎo)體（2)的至少一個靈敏點處的溫度化。。d)的值化; ^及第二保護步驟（200、200')，根據(jù)針對所述導(dǎo)體（2)預(yù)定義的最高溫度訂"^與所估計 的溫度值（TwtJ之間的差（e)來計算所述電子開關(guān)（40)的所述占空比（a pj的值（a NT)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，根據(jù)采樣周期（TgJ周期性地重復(fù)所 述第一估計步驟（100)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述第一估計步驟（100)包括子步 驟，其根據(jù)在前一采樣周期計算的占空比（UpJ的值（QpT) W及由所述電流傳感器（42) 已經(jīng)發(fā)送的、在所述導(dǎo)體（2)中流過的電流的強度（1。。心的最新值來確定在所述 導(dǎo)體似中流過的電流的有效強度值（Ieff_T)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述第一估計步驟（100)包括子步 驟，其根據(jù)所述有效強度值（Lfu)W及由所述溫度傳感器化）已經(jīng)發(fā)送的環(huán)境溫度（T"b) 的最新值來確定在所述采樣周期（TgJ上由所述導(dǎo)體（2)中的電流產(chǎn)生的焦耳效 應(yīng)咕。uJ所生成的熱量減去在相同周期燈期間所述導(dǎo)體（2)向周圍空氣釋放的熱量 (QsvawJ后的值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中的一項所述的控制方法，其特征在于，根據(jù)等于多（腳倍所 述電子開關(guān)（40)的操控周期（TpJ的采樣周期（T,th2)來周期性地重復(fù)所述第二保護步驟 (200、200,）。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述電子開關(guān)（40)的操控周期 (TpJ所述多（腳倍優(yōu)選地大于或等于10。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7至12中的一項所述的控制方法，其特征在于，所述第二保護步驟 (200)具有兩種工作模式，被命名為"去激活的烙絲"的第一模式，對于所述第一模式，所述 占空比（UpJ的值（a 總是等于1 及被命名為"激活的烙絲"的第二模式，對于所述 第二模式，由調(diào)節(jié)器根據(jù)所述差（e)來計算所述值（aWT);-旦所述差e變成負的，就執(zhí)行 從所述"去激活的烙絲"模式到所述"激活的烙絲"模式的切換，并且，一旦由所述調(diào)節(jié)器計 算的所述值（aWT)變得大于1，就執(zhí)行從所述"激活的烙絲"模式到所述"去激活的烙絲" 模式的切換。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7至12中的一項所述的控制方法，其特征在于，所述第二保護步驟 (200')具有被命名為"可用"的第一工作模式，對于所述第一工作模式，所述占空比（QpJ 的值（aWT)總是等于1，W及被命名為"暫時禁用"的第二工作模式，對于所述第二模式，所 述值（aWT)總是等于0 ;-旦所述差（e)變成負的，就執(zhí)行從所述"可用"模式到所述"暫 時禁用"模式的切換，并且一旦在所述"暫時禁用"模式中經(jīng)過的時間（t)達到預(yù)定義的時 長（t。)，就執(zhí)行從所述"暫時禁用"模式到所述"可用"模式的反切換。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的控制方法，其特征在于，通過指數(shù)（NdgfgJ的增量來記錄從 所述"可用"模式到所述"暫時禁用"模式的每一次切換。
【文檔編號】H02H6/00GK104471814SQ201380037558
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】F·吉耶馬爾, B·巴武, H·C·阮, C·諾凱, G·帕韋羅, J·P·克盧, J·薩巴捷, X·莫羅 申請人:標致·雪鐵龍汽車公司, 國立科學(xué)研究中心