專利名稱：汽車電路故障甄別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)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(shù)：
目前汽車電路、汽車用電設(shè)備短路、過載保護一般采用傳統(tǒng)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(xiàn)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(shè)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(dǎo)致選用熔斷器時熔斷電流遠大于用電設(shè)備額定工作電流。當線束磨損或用電設(shè)備局部短路時，由于接觸電阻、短路部件內(nèi)阻以及線束本身內(nèi)阻的存在，往往導(dǎo)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(chǎn)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(shè)備改裝、加裝時不規(guī)范操作，線路裸露或者接線部位接觸不良引起局部過熱導(dǎo)致，傳統(tǒng)熔斷器無法起到完善保護作用，且傳統(tǒng)熔斷器熔斷時間一般為幾百毫秒以上，隨著環(huán)境溫度的降低，其溫度積累效應(yīng)也相應(yīng)降低，熔斷時間也變長，甚至不能及時熔斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種汽車電路故障甄別方法。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)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(nèi)阻及結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)定略小于短路狀態(tài)的汽車電瓶端電壓變化速率，當汽車電瓶端電壓發(fā)生變化時，計算固定時間間隔t內(nèi)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(jù)。汽車線路短路時，其負載近似于純阻性負載，由于導(dǎo)線自身感抗及導(dǎo)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(shè)備處于待機狀態(tài)，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(shè)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(shè)備內(nèi)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(fā)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(shè)為η)固定時間間隔t內(nèi)(nt周期內(nèi))如果Δ V/t出現(xiàn)連續(xù)負值，則判斷為正常設(shè)備啟動。例如燈泡通電時，燈絲的冷態(tài)電阻相對導(dǎo)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(shù)的影響阻抗隨著燈絲溫度的上升而上升，其反應(yīng)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(tài)，例如當燃油汽車關(guān)閉電門后，發(fā)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(qū)動馬達停止后，其電瓶端電壓呈上升狀態(tài)，Δ V/t出現(xiàn)負值；車輛停駛時，由 于部分設(shè)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(shè)定下限電壓變化量為Δ VI，參考汽車各用電設(shè)備正常工作時引起汽車電瓶端電壓變化量設(shè)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(nèi)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(nèi)部導(dǎo)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(chǎn)生誤判，但其工作時電流遠大于正常狀態(tài)。本發(fā)明的優(yōu)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(fā)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(jù)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(jiān)控汽車電瓶端電壓的變化，甄別線路故障，通過采取相應(yīng)的措施，防止汽車在人員離開后發(fā)生自燃等事故。


圖1是電路短路和設(shè)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(fā)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(fā)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(nèi)阻及結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)定略小于短路狀態(tài)的汽車電瓶端電壓變化速率，當汽車電瓶端電壓發(fā)生變化時，計算固定時間間隔t內(nèi)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(jù)。汽車線路短路時，其負載近似于純阻性負載，由于導(dǎo)線自身感抗及導(dǎo)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(shè)備處于待機狀態(tài)，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(shè)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(shè)備內(nèi)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(fā)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(shè)為η)固定時間間隔t內(nèi)(nt周期內(nèi))如果Δ V/t出現(xiàn)連續(xù)負值，則判斷為正常設(shè)備啟動。例如燈泡通電時，燈絲的冷態(tài)電阻相對導(dǎo)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(shù)的影響阻抗隨著燈絲溫度的上升而上升，其反應(yīng)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(tài)，例如當燃油汽車關(guān)閉電門后，發(fā)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(qū)動馬達停止后，其電瓶端電壓呈上升狀態(tài)，Δ V/t出現(xiàn)負值；車輛停駛時，由于部分設(shè)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(shè)定下限電壓變化量為Δ VI，參考汽車各用電設(shè)備正常工作時引起汽車電瓶端電壓變化量設(shè)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(nèi)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(nèi)部導(dǎo)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(chǎn)生誤判，但其工作時電流遠大于正常狀態(tài)。請參閱圖3，為本發(fā)明使用的汽車電路故障的智能保護裝置的結(jié)構(gòu)框圖，該智能保護裝置1包括控制模塊11、汽車運行狀態(tài)監(jiān)測模塊12、用電設(shè)備工作指令接口 14、電壓監(jiān)測模塊15、受控開關(guān)16，以及報警裝置17。所述汽車運行狀態(tài)監(jiān)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(shè)備工作指令接口 14 一端連接汽車上的用電設(shè)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(jiān)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(guān)16第一端與汽車電瓶連接，第二端連接用電設(shè)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(tài)監(jiān)測模塊12提供電門開啟或關(guān)閉信號、汽車行駛、停駛狀態(tài)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(shè)備工作指令接口 14通過與用電設(shè)備的連接，和(或)與行車電腦(EOT) 連接，采集用電設(shè)備啟用或關(guān)閉狀態(tài)指令信號給控制模塊11。所述電壓監(jiān)測模塊15采集汽車電瓶端電壓數(shù)據(jù)，通過A/D轉(zhuǎn)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(tài)監(jiān)測模塊12、用電設(shè)備工作指令接口 14的信號和電壓監(jiān)測模塊15輸送過來的汽車電瓶端電壓數(shù)據(jù)，并經(jīng)比較、運算、處理，輸出控制信號給受控開關(guān)16和報警裝置17。所述受控開關(guān)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(shè)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(fā)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(guān)閉，汽車發(fā)電機剛停止工作時，汽車用電設(shè)備均處于關(guān)閉或待機狀態(tài)，汽車電瓶端電壓下降緩慢，對于電動汽車在汽車電門關(guān)閉一定時間內(nèi)由于負載(驅(qū)動馬達)斷電甚至出現(xiàn)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(shè)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(guān)閉，用電設(shè)備啟動時(如遙控升降車窗、開啟警告燈等)，用電設(shè)備工作指令接口 14輸出工作指令給控制模塊11，根據(jù)前述判斷方法，控制模塊11不動作。但當控制模塊11經(jīng)運算，汽車電瓶端電壓開始下降時起在nt周期內(nèi)累計電壓變化量Δ V大于Δ Vl時，控制模塊11忽略用電設(shè)備工作指令接口 14的工作指令信號，依然控制受控開關(guān)16斷開，防止該用電設(shè)備本身局部短路而不能及時斷電，引發(fā)誤判。 3、當汽車電門關(guān)閉時，用電設(shè)備工作指令接口 14未接收到用電設(shè)備的工作指令信號，只要汽車電瓶端電壓出現(xiàn)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(guān)16，受控開關(guān)16斷開，從而切斷電源連接，防止因線路短路、用電設(shè)備局部短路或接觸不良而引起自燃事故。4、當汽車電門關(guān)閉時，本發(fā)明裝置還可以通過增加設(shè)定不同的電壓變化速率 Δ V0/t，判斷用電設(shè)備存在漏電等故障并采取相應(yīng)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(dǎo)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(fā)動機未發(fā)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(shè)備無較大負荷，若存在短路故障必然引起發(fā)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(tài)監(jiān)測模塊(12)發(fā)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(guān)(16)，受控開關(guān)(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(shè)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?qū)е码妷鹤兓瘡?fù)雜，且車輛行駛中某些影響行駛安全的汽車電子設(shè)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(jiān)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(shè)備采取斷電措施。若控制模塊11經(jīng)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(nèi)累計電壓變化量Δ VO大于Δ Vl 時，控制模塊11發(fā)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(guān)16，及時切斷電源連接。7、受控開關(guān)16狀態(tài)恢復(fù)。受控開關(guān)16可設(shè)計成人工恢復(fù)和自動恢復(fù)兩種方式 7. 1、當設(shè)計成人工恢復(fù)時，請參閱圖3，本裝置的工作電源接在受控開關(guān)16第二端。其
優(yōu)點是當短路故障發(fā)生，受控開關(guān)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(gòu)恢復(fù)受控開關(guān)16 接通。7. 2、當設(shè)計成自動恢復(fù)時，在受控開關(guān)16兩端并聯(lián)檢測電阻，請參閱圖4，本裝置的工作電源接在受控開關(guān)16的第一端，直接與汽車電瓶連接。當短路故障發(fā)生，受控開關(guān) 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(nèi)，檢測電阻壓差約等于汽車電瓶端電壓，此時電壓監(jiān)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(guān)16，保持受控開關(guān)16處于斷開狀態(tài)。當短路故障排除后，檢測電阻兩端壓差減小，此時電壓監(jiān)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(guān)16，控制受控開關(guān)16接通。其缺點是如果汽車長期停放，當發(fā)生短路故障時，受控開關(guān)16斷開后，本裝置會持續(xù)消耗電能而損傷汽車電瓶。優(yōu)點是短路故障排除后無需人工恢復(fù)。 8、本發(fā)明裝置可通過增加控制模塊11輸出端口、受控開關(guān)16數(shù)量，或直接利用汽車原有繼電器，實現(xiàn)多路控制。當實現(xiàn)多路控制時，可區(qū)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(jù)用電設(shè)備優(yōu)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(guān)為自動恢復(fù) 類型時，恢復(fù)沒有故障的電路連接。
權(quán)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(shè)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(quán)利要求1所述的汽車電路故障甄別方法，其特征在于設(shè)定基準電壓變化量為 Δ V0，在固定時間間隔t內(nèi)的基準變化速率為Δ VO/t，其值設(shè)定略小于短路狀態(tài)的汽車電瓶端電壓變化速率，當汽車電瓶端電壓發(fā)生變化時，計算固定時間間隔t內(nèi)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(jù)。
3.如權(quán)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(shè)備處于待機狀態(tài)，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(quán)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(nèi)如果Δ V/t出現(xiàn)連續(xù)負值，則判斷為正常設(shè)備啟動或負載載荷正常變化。
5.如權(quán)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(tài)。
6.如權(quán)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(shè)備正常工作時引起汽車電瓶端電壓變化量設(shè)定相應(yīng)的下限值，設(shè)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(nèi)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(quán)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(xiàn)，該智能保護裝置包括控制模塊(11)、汽車運行狀態(tài)監(jiān)測模塊(12)、用電設(shè)備工作指令接口(14)、電壓監(jiān)測模塊(15)、受控開關(guān)(16)，所述汽車運行狀態(tài)監(jiān)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(shè)備工作指令接口( 14) 一端連接汽車上的用電設(shè)備，一端連接控制模塊(11 )，所述電壓監(jiān)測模塊 (15)—端連接受控開關(guān)(16)第二端，一端連接控制模塊(11)，所述受控開關(guān)(16)第一端連接汽車電瓶，第二端與用電設(shè)備連接，并且其受控端連接到控制模塊(11)。
8.如權(quán)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(shè)備工作指令接口(14)同時和行車電腦連接。
9.如權(quán)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(quán)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(guān)兩端并聯(lián)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(shè)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(fā)明的優(yōu)點在于在汽車電路發(fā)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(jù)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(jiān)控汽車電瓶端電壓的變化，甄別線路故障，通過采取相應(yīng)的措施，防止汽車在人員離開后發(fā)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(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者朱光懷, 許 鵬 申請人:朱光懷