專利名稱：汽車電路故障甄別方法
技術領域：
本發明是關于一種電路故障甄別方法，特別是指一種汽車電路故障甄別方法。
背景技術：
目前汽車電路、汽車用電設備短路、過載保護一般采用傳統熔斷器，通過過流熔斷而切斷負載電源，防止線路起火引起汽車自燃。現有汽車電路采用限制負載電流的方法 ，通過流過熔斷器的電流積累溫度，使熔斷器熔斷，存在如下缺點由于汽車很多用電設備通電瞬間沖擊電流大(大容量電容、燈泡以及馬達等啟動時)，導致選用熔斷器時熔斷電流遠大于用電設備額定工作電流。當線束磨損或用電設備局部短路時，由于接觸電阻、短路部件內阻以及線束本身內阻的存在，往往導致短路時短路電流不足以使熔斷器熔斷，從而在接觸部位產生大量熱量引起局部燃燒甚至汽車自燃等嚴重事故。部分汽車自燃事故也因汽車用電設備改裝、加裝時不規范操作，線路裸露或者接線部位接觸不良引起局部過熱導致，傳統熔斷器無法起到完善保護作用，且傳統熔斷器熔斷時間一般為幾百毫秒以上，隨著環境溫度的降低，其溫度積累效應也相應降低，熔斷時間也變長，甚至不能及時熔斷。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種汽車電路故障甄別方法。本發明采用以下技術方案解決上述技術問題的一種使用所述的汽車電路故障甄別方法，利用汽車電瓶內阻及結構電容、放電特性等，以及線路感抗、負載感抗、容抗、阻抗， 接負載時電瓶端電壓不能突變，且在不同負載時的電壓變化曲線不同，設定基準電壓變化量為Δ V0，在固定時間間隔t的基準變化速率為Δ V0/t，其值設定略小于短路狀態的汽車電瓶端電壓變化速率，當汽車電瓶端電壓發生變化時，計算固定時間間隔t內電壓變化速率Δ V/t，將該電壓變化速率與基準電壓變化速率Δ V0/t進行比較。當Δ V/t大于Δ V0/t 時，作為判斷存在短路故障的依據。汽車線路短路時，其負載近似于純阻性負載，由于導線自身感抗及導線電阻小，且積累溫度相對慢，汽車電瓶端電壓在短路時呈急劇下降趨勢，其電壓變化速率遠大于正常負載啟動時的電壓變化。汽車停駛時，因各用電設備處于待機狀態，當汽車電瓶端電壓存在異常波動時，亦即Δ V/t正、負交替時，則判斷為線路接觸不良。設備待機以及汽車電瓶自放電，其電壓變化呈極小的下降趨勢，但線路接觸不良時，該設備內的電容等會在充放電時引起汽車電瓶端電壓的波動，亦即Δ V/t忽正忽負，發生異常變化。當汽車電瓶端電壓變化速率Δ V/t小于等于Δ V0/t，且在若干個(設為η)固定時間間隔t內(nt周期內)如果Δ V/t出現連續負值，則判斷為正常設備啟動。例如燈泡通電時，燈絲的冷態電阻相對導線電阻大，在啟動瞬間燈絲的溫度積累速度快，隨著溫度的上升，由于溫度系數的影響阻抗隨著燈絲溫度的上升而上升，其反應在汽車電瓶端電壓的變化曲線是呈下降再上升的，汽車電瓶端電壓變化速率Δ V/t小于Δ V0/t，感性負載和容性負載在加電時雖然機理不同，但也呈類似曲線，不再贅述。若Δ V/t遠小于Δ VO/t，則直接判斷為正常狀態，例如當燃油汽車關閉電門后，發動機剛停止工作時電瓶端電壓呈相對緩慢下降趨勢；而電動汽車在驅動馬達停止后，其電瓶端電壓呈上升狀態，Δ V/t出現負值；車輛停駛時，由 于部分設備待機以及電瓶自放電， 電瓶端電壓下降極其緩慢，即Δ V/t遠小于Δ VO/t。設定下限電壓變化量為Δ VI，參考汽車各用電設備正常工作時引起汽車電瓶端電壓變化量設定不同的下限值，從汽車電瓶端電壓開始下降時起在nt周期內累計電壓變化量Δ V大于Δ Vl時，則判斷為存在過流。例如電機內部導線局部短路時，在啟動時的電壓變化曲線類似于正常啟動時，電壓變化速率Δ V/t也小于Δ V0/t，容易產生誤判，但其工作時電流遠大于正常狀態。本發明的優點在于利用汽車電瓶端電壓的變化量、變化速率及變化特征曲線，在汽車電路發生短路的瞬間，短路電流較小時即可甄別。并可以在汽車停駛時根據汽車電瓶端電壓的異常波動，判斷線路接觸不良等故障，全時段監控汽車電瓶端電壓的變化，甄別線路故障，通過采取相應的措施，防止汽車在人員離開后發生自燃等事故。
圖1是電路短路和設備啟動時的汽車電瓶端電壓變化曲線模擬圖。圖2是線路接觸不良和過載時的汽車電瓶端電壓變化曲線模擬對比圖。圖3是本發明使用的智能保護裝置的第一實施例的原理框圖。圖4是本發明使用的智能保護裝置的第二實施例的原理框圖。
具體實施例方式請參閱圖1及圖2所示，一種汽車電路故障甄別方法，利用汽車電瓶內阻及結構電容、放電特性等，以及線路感抗、負載感抗、容抗、阻抗，接負載時電瓶端電壓不能突變，且在不同負載時的電壓變化曲線不同，設定基準電壓變化量為Δ V0，在固定時間間隔t的基準變化速率為Δ V0/t，其值設定略小于短路狀態的汽車電瓶端電壓變化速率，當汽車電瓶端電壓發生變化時，計算固定時間間隔t內電壓變化速率Δ V/t，將該電壓變化速率與基準電壓變化速率Δ VO/t進行比較。當Δ V/t大于Δ V0/t時，作為判斷存在短路故障的依據。汽車線路短路時，其負載近似于純阻性負載，由于導線自身感抗及導線電阻小，且積累溫度相對慢，汽車電瓶端電壓在短路時呈急劇下降趨勢，其電壓變化速率遠大于正常負載啟動時的電壓變化。汽車停駛時，因各用電設備處于待機狀態，當汽車電瓶端電壓存在異常波動時，亦即Δ V/t正、負交替時，則判斷為線路接觸不良。設備待機以及汽車電瓶自放電，其電壓變化呈極小的下降趨勢，但線路接觸不良時，該設備內的電容等會在充放電時引起汽車電瓶端電壓的波動，亦即Δ V/t忽正忽負，發生異常變化。當汽車電瓶端電壓變化速率Δ V/t小于等于Δ V0/t，且在若干個(設為η)固定時間間隔t內(nt周期內)如果Δ V/t出現連續負值，則判斷為正常設備啟動。例如燈泡通電時，燈絲的冷態電阻相對導線電阻大，在啟動瞬間燈絲的溫度積累速度快，隨著溫度的上升，由于溫度系數的影響阻抗隨著燈絲溫度的上升而上升，其反應在汽車電瓶端電壓的變化曲線是呈下降再上升的，汽車電瓶端電壓變化速率Δ V/t小于Δ VO/t，感性負載和容性負載在加電時雖然機理不同，但也呈類似曲線，不再贅述。 若Δ V/t遠小于Δ VO/t，則直接判斷為正常狀態，例如當燃油汽車關閉電門后，發動機剛停止工作時電瓶端電壓呈相對緩慢下降趨勢；而電動汽車在驅動馬達停止后，其電瓶端電壓呈上升狀態，Δ V/t出現負值；車輛停駛時，由于部分設備待機以及電瓶自放電， 電瓶端電壓下降極其緩慢，即Δ V/t遠小于Δ VO/t。設定下限電壓變化量為Δ VI，參考汽車各用電設備正常工作時引起汽車電瓶端電壓變化量設定不同的下限值，從汽車電瓶端電壓開始下降時起在nt周期內累計電壓變化量Δ V大于Δ Vl時，則判斷為存在過流。例如電機內部導線局部短路時，在啟動時的電壓變化曲線類似于正常啟動時，電壓變化速率Δ V/t也小于Δ V0/t，容易產生誤判，但其工作時電流遠大于正常狀態。請參閱圖3，為本發明使用的汽車電路故障的智能保護裝置的結構框圖，該智能保護裝置1包括控制模塊11、汽車運行狀態監測模塊12、用電設備工作指令接口 14、電壓監測模塊15、受控開關16，以及報警裝置17。所述汽車運行狀態監測模塊12 —端連接汽車的行車電腦(E⑶)，一端連接控制模塊11，用電設備工作指令接口 14 一端連接汽車上的用電設備，和(或)與行車電腦(EOT)連接，一端連接控制模塊11，所述電壓監測模塊15—端連接汽車電瓶，一端連接控制模塊11， 所述受控開關16第一端與汽車電瓶連接，第二端連接用電設備，并且其受控端連接到控制模塊11，所述報警裝置17連接到控制模塊11。各組成部分的功能如下所述
所述汽車運行狀態監測模塊12提供電門開啟或關閉信號、汽車行駛、停駛狀態信號給控制模塊11，對于燃油汽車還提供停車怠速時行車電腦(ECU)增加噴油量的異常信號給控制模塊11。所述用電設備工作指令接口 14通過與用電設備的連接，和(或)與行車電腦(EOT) 連接，采集用電設備啟用或關閉狀態指令信號給控制模塊11。所述電壓監測模塊15采集汽車電瓶端電壓數據，通過A/D轉換，輸出給控制模塊 11進行運算。所述控制模塊11接收汽車運行狀態監測模塊12、用電設備工作指令接口 14的信號和電壓監測模塊15輸送過來的汽車電瓶端電壓數據，并經比較、運算、處理，輸出控制信號給受控開關16和報警裝置17。所述受控開關16接收到控制模塊11的控制信號后斷開或閉合，從而斷開或者接通用電設備的電源。所述報警裝置17在接收到控制模塊11的控制信號后發出報警。該汽車電路故障智能保護裝置的工作原理如下所述
1、對于燃油汽車，當汽車電門關閉，汽車發電機剛停止工作時，汽車用電設備均處于關閉或待機狀態，汽車電瓶端電壓下降緩慢，對于電動汽車在汽車電門關閉一定時間內由于負載(驅動馬達)斷電甚至出現電壓升高即Δ V/t為負值，亦即電壓變化速率Δ V/t遠小于設定的基準電壓變化速率Δ V0/t，控制模塊11不動作。2、當汽車電門關閉，用電設備啟動時(如遙控升降車窗、開啟警告燈等)，用電設備工作指令接口 14輸出工作指令給控制模塊11，根據前述判斷方法，控制模塊11不動作。但當控制模塊11經運算，汽車電瓶端電壓開始下降時起在nt周期內累計電壓變化量Δ V大于Δ Vl時，控制模塊11忽略用電設備工作指令接口 14的工作指令信號，依然控制受控開關16斷開，防止該用電設備本身局部短路而不能及時斷電，引發誤判。 3、當汽車電門關閉時，用電設備工作指令接口 14未接收到用電設備的工作指令信號，只要汽車電瓶端電壓出現異常變化(例如帶有容性負載的線路接觸不良)，控制模塊 11輸出控制信號給受控開關16，受控開關16斷開，從而切斷電源連接，防止因線路短路、用電設備局部短路或接觸不良而引起自燃事故。4、當汽車電門關閉時，本發明裝置還可以通過增加設定不同的電壓變化速率 Δ V0/t，判斷用電設備存在漏電等故障并采取相應措施，如通過報警裝置17告知存在漏電故障等；若汽車電瓶電壓下降到某警戒值時切斷電源連接，防止電瓶因漏電虧電而導致不能正常啟動或行駛。5、對于電動汽車電門開啟、汽車未行駛時，以及對于燃油汽車當汽車電門開啟、汽車發動機未發動時本裝置判斷短路等故障原理及采取的措施如前述，不再贅述；對于燃油汽車在停車怠速時，由于用電設備無較大負荷，若存在短路故障必然引起發電機負荷增大， 行車電腦(ECU)會控制增加噴油量，比正常怠速噴油量高，汽車運行狀態監測模塊(12)發出異常信號給控制模塊(11)，控制模塊(11)輸出控制信號給受控開關(16)，受控開關(16) 斷開。6、當汽車電門開啟、汽車行駛時，判斷存在短路或用電設備過流的工作原理同前述，但車輛行使過程中汽車電瓶端電壓因各種誘因導致電壓變化復雜，且車輛行駛中某些影響行駛安全的汽車電子設備斷電有巨大安全隱患，為防止誤判或因存在短路或過流故障切斷電源而影響行駛安全，本裝置在汽車行駛時，只對汽車電瓶端電壓進行監視、報警而不采取斷電措施，或只對不影響行駛安全的用電設備采取斷電措施。若控制模塊11經運算汽車電瓶端電壓變化速率Δ V/t大于Δ V0/t，或nt周期內累計電壓變化量Δ VO大于Δ Vl 時，控制模塊11發出控制信號給報警裝置17，提醒用戶停車，停車后若仍存在短路或過流故障，控制模塊11輸出控制信號給受控開關16，及時切斷電源連接。7、受控開關16狀態恢復。受控開關16可設計成人工恢復和自動恢復兩種方式 7. 1、當設計成人工恢復時，請參閱圖3，本裝置的工作電源接在受控開關16第二端。其
優點是當短路故障發生，受控開關16斷開后并鎖止，本裝置即失電，即使車輛長期停放，也不會消耗汽車電瓶電能。缺點是在短路故障排除后，需人工開啟鎖止機構恢復受控開關16 接通。7. 2、當設計成自動恢復時，在受控開關16兩端并聯檢測電阻，請參閱圖4，本裝置的工作電源接在受控開關16的第一端，直接與汽車電瓶連接。當短路故障發生，受控開關 16斷開，短路電流通過檢測電阻，限制短路電流在極小的安全電流范圍內，檢測電阻壓差約等于汽車電瓶端電壓，此時電壓監測模塊15的輸出電壓約為0V，控制模塊11仍然輸出斷電信號給受控開關16，保持受控開關16處于斷開狀態。當短路故障排除后，檢測電阻兩端壓差減小，此時電壓監測模塊15的輸出電壓約等于汽車電瓶端電壓，控制模塊11輸出信號給受控開關16，控制受控開關16接通。其缺點是如果汽車長期停放，當發生短路故障時，受控開關16斷開后，本裝置會持續消耗電能而損傷汽車電瓶。優點是短路故障排除后無需人工恢復。 8、本發明裝置可通過增加控制模塊11輸出端口、受控開關16數量，或直接利用汽車原有繼電器，實現多路控制。當實現多路控制時，可區分汽車行駛中可斷電電路和不可斷電電路分別控制，對于汽車行駛中不可斷電電路按前述控制方案；對于汽車行駛中可斷電電路，根據用電設備優先級依次逐個斷開，至斷開存在短路故障的線路后停止斷開。對于受控開關為自動恢復 類型時，恢復沒有故障的電路連接。
權利要求
1.一種汽車電路故障甄別方法，其特征在于利用汽車電路線路短路、外接不同的負載時引起汽車電瓶端電壓的變化速率不同，設定基準電壓變化量及變化速率，通過檢測汽車電瓶端電壓變化量與變化速率，與基準電壓變化量及變化速率比較，判斷線路故障。
2.如權利要求1所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于設定基準電壓變化量為 Δ V0，在固定時間間隔t內的基準變化速率為Δ VO/t，其值設定略小于短路狀態的汽車電瓶端電壓變化速率，當汽車電瓶端電壓發生變化時，計算固定時間間隔t內電壓變化速率 Δ V/t，將該電壓變化速率與基準電壓變化速率Δ VO/t進行比較，當Δ V/t大于Δ VO/t時， 作為判斷存在短路故障的依據。
3.如權利要求1所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于當汽車停駛時，各用電設備處于待機狀態，當汽車電瓶端電壓存在異常波動時，亦即Δ V/t正、負交替時，則判斷為線路接觸不良。
4.如權利要求1所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于當汽車電瓶端電壓變化速率Δ V/t小于等于Δ VO/t，且在nt周期內如果Δ V/t出現連續負值，則判斷為正常設備啟動或負載載荷正常變化。
5.如權利要求1所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于若ΔV/t遠小于Δ VO/t 則判斷為正常狀態。
6.如權利要求1所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于參考汽車各用電設備正常工作時引起汽車電瓶端電壓變化量設定相應的下限值，設定下限電壓變化量為Δ VI，從汽車電瓶端電壓開始下降時起在nt周期內累計電壓變化量Δ V大于Δ Vl時，則判斷為存在過流。
7.如權利要求1至6任一項所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于該汽車電路故障甄別方法使用智能保護裝置來實現，該智能保護裝置包括控制模塊(11)、汽車運行狀態監測模塊(12)、用電設備工作指令接口(14)、電壓監測模塊(15)、受控開關(16)，所述汽車運行狀態監測模塊(12)—端連接汽車的行車電腦，一端連接控制模塊(11)，用電設備工作指令接口( 14) 一端連接汽車上的用電設備，一端連接控制模塊(11 )，所述電壓監測模塊 (15)—端連接受控開關(16)第二端，一端連接控制模塊(11)，所述受控開關(16)第一端連接汽車電瓶，第二端與用電設備連接，并且其受控端連接到控制模塊(11)。
8.如權利要求7所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于所述用電設備工作指令接口(14)同時和行車電腦連接。
9.如權利要求7所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于還包括報警裝置(17)，所述報警裝置(17)連接到控制模塊(11)。
10.如權利要求7所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于所述受控開關兩端并聯檢測電阻。
全文摘要
一種汽車電路故障甄別方法，其利用汽車電路線路短路、外接不同的負載時引起汽車電瓶端電壓的變化速率不同，設定基準電壓變化量及變化速率，通過檢測汽車電瓶端電壓變化量與變化速率，與基準電壓變化量及變化速率比較，判斷線路故障。本發明的優點在于在汽車電路發生短路的瞬間，短路電流較小時即可甄別。并可以在汽車停駛時根據汽車電瓶端電壓的異常波動，判斷線路接觸不良等故障，全時段監控汽車電瓶端電壓的變化，甄別線路故障，通過采取相應的措施，防止汽車在人員離開后發生自燃等事故。
文檔編號G01R31/02GK102435933SQ201210009249
公開日2012年5月2日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者朱光懷, 許 鵬 申請人:朱光懷