通過單元節(jié)點(diǎn)分解和矩陣合并來計(jì)算內(nèi)部溫度以確定電纜尺寸的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在電路中借助電氣保護(hù)部件使電氣構(gòu)件互連的電纜（或?qū)Ь€）。
【背景技術(shù)】
[0002] 在一些領(lǐng)域（例如車輛或航空領(lǐng)域）中，需使多個(gè)電氣構(gòu)件互連以使這些電氣機(jī) 構(gòu)運(yùn)行，更具體地使這些電氣機(jī)構(gòu)被供電（任選地通過蓄電池或發(fā)電機(jī)）。借助于特性隨傳 輸?shù)碾娏骱退胖玫沫h(huán)境而變化的電纜實(shí)現(xiàn)互連。在這些特征中，尤其可描述長度、截面、 電氣性能和絕緣涂層。要傳輸?shù)碾娏髟酱?，截面需越大。然而，截面越大，電纜越重且昂貴。 而且，長度越長，電纜越重且昂貴。因此在想要減少成本并且節(jié)省設(shè)置電纜的可移動系統(tǒng)的 能量消耗時(shí)，優(yōu)化電纜（或?qū)Ь€）的尺寸是較為重要的。
[0003] 長度的優(yōu)化是相對簡單的操作，這是由于存在較小的約束。反之，尤其由于每條電 纜需承受至少一種熱（加熱）約束，同時(shí)具有預(yù)設(shè)的最大壓降以使被供電的電氣構(gòu)件的電 壓至少等于預(yù)設(shè)的最小電壓，截面的優(yōu)化是非常復(fù)雜的操作。
[0004] 注意到電纜強(qiáng)加的壓降直接取決于其電阻R，通過關(guān)系式R= (P_*L)/S得到電 阻R，其中P_為電纜的最差電阻率，L為電纜長度以及S為電纜的截面面積。由前述公式 可知，電纜的截面S越?。≒_和L固定），電纜的電阻R和壓降越大并且電纜質(zhì)量越小。 因此，相對于電纜壓降的約束與相對于電纜質(zhì)量減小的約束不同。
[0005] 標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)提出了一種確定電纜（線束）尺寸的裝置，稱為0PHELIE，該裝置 尤其能夠優(yōu)化截面面積以達(dá)到最小質(zhì)量。
[0006] 更確切地，該截面優(yōu)化所涉及的電纜被用于借助電氣保護(hù)部件（例如熔絲）使電 氣構(gòu)件互連。這種優(yōu)化尤其被描述于專利文件FR2931595中。這種優(yōu)化首先涉及根據(jù)需 由該電纜互連的電氣構(gòu)件的電流特性來確定要與電纜相關(guān)聯(lián)的熔絲，然后為該電纜確定最 小直徑，對于該最小直徑，該電纜具有穩(wěn)定在電纜的破壞臨界溫度之下的內(nèi)部（或固有）溫 度，或在該電纜的內(nèi)部溫度達(dá)到臨界溫度之前用經(jīng)確定的熔絲切斷互連。
[0007] 前述優(yōu)化方法的主要缺點(diǎn)在于，該方法僅涉及一種類型（即包括導(dǎo)電線芯和絕緣 護(hù)套（見圖3))的電纜。然而，在相同的系統(tǒng)中，尤其在混合動力型或完全電動型的車輛中， 可使用僅包括導(dǎo)電線芯（任選地為"總線"型的-見圖2)的電纜和/或包括導(dǎo)電線芯和絕 緣層（或護(hù)套）的電纜（見圖3)和/或包括導(dǎo)電線芯、絕緣層（或護(hù)套）和屏蔽層的電纜 (見圖4)和/或包括導(dǎo)電線芯、第一絕緣層（或護(hù)套）、屏蔽層和第二絕緣層（或護(hù)套）的 電纜（見圖5)。這尤其導(dǎo)致前述類型的車輛的車載電壓等級大大增加。事實(shí)上典型地從 12V或24V增加到300V或500V，因此出于安全和/或電磁兼容性的原因，必須使用帶有屏 蔽層（例如金屬編織層）和/或至少一種輔助機(jī)械保護(hù)裝置（例如外護(hù)套）的電纜。
[0008] 不存在適用于多種類型電纜的電熱模型，這引起系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)階段的極大不確 定性，因此導(dǎo)致電纜的近似尺寸不僅僅由導(dǎo)電線芯和絕緣護(hù)套構(gòu)成，如果要避免意外事件 發(fā)生，需要實(shí)施數(shù)值模擬和高成本的現(xiàn)場測試。理解到，事實(shí)上如果電纜的截面不夠大，那 么運(yùn)行的安全性不能保證，因此電氣構(gòu)造可能具有或多或少的嚴(yán)重功能障礙（電氣構(gòu)件功 能障礙、電網(wǎng)過熱、車輛起火），這可能會傷害車輛中的乘客的人生安全。而且，如果電纜截 面過大，那么不能使其重量和成本最小化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此本發(fā)明的目的在于改善電纜尺寸優(yōu)化情況。
[0010] 為此本發(fā)明尤其提供了一種專用于確定電纜尺寸的裝置，所述電纜用于使電氣構(gòu) 件互連，所述裝置包括計(jì)算部件，所述計(jì)算部件至少配置用于確定需借助電氣保護(hù)部件使 電氣構(gòu)件互連的電纜的最小直徑，對于所述最小直徑，所述電纜具有穩(wěn)定在破壞臨界溫度 之下的內(nèi)部溫度，或在所述電纜的內(nèi)部溫度達(dá)到所述臨界溫度之前使所述電氣保護(hù)部件切 斷所述互連。
[0011] 其特征在于，所述計(jì)算部件配置用于：
[0012] -將電纜分解為基本單元，包括表示導(dǎo)電線芯的中心單元、表示絕緣層的至少一個(gè) 中間單元，所述絕緣層包圍導(dǎo)電線芯或包圍另一絕緣層、以及表示周圍環(huán)境的外部單元，
[0013]-將分解出的每個(gè)基本單元表示為與基本矩陣相關(guān)聯(lián)的具有至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn) 組，所述基本矩陣表示組成通用方程式的變量，所述通用方程式表示所述基本單元的每個(gè) 節(jié)點(diǎn)的熱傳遞，
[0014]-根據(jù)與所述節(jié)點(diǎn)組相關(guān)聯(lián)的對應(yīng)的所述基本矩陣來為所述通用方程式的每個(gè)變 量構(gòu)建全局矩陣，以及
[0015] -通過全局矩陣對矩陣形式的所述通用方程式進(jìn)行數(shù)值求解來確定內(nèi)部溫度。
[0016] 這種裝置能夠極有利地確定多種類型電纜的尺寸，尤其涉及在相同系統(tǒng)中的整體 化和任選地共存性。還能夠兼顧未來的新型電纜。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的裝置可具有可單獨(dú)或結(jié)合采用的其它特征，尤其是：
[0018] -所述通用方程式可為：(G.T)+P=C. (dT/dt)，其中G表示總電導(dǎo)，P表示焦耳效 應(yīng)功耗，C表示熱容，T表示內(nèi)部溫度以及t表示時(shí)間；
[0019] >所述總電導(dǎo)可等于內(nèi)部電導(dǎo)、輻射電導(dǎo)和對流電導(dǎo)之和；
[0020] >表示總電導(dǎo)的每個(gè)基本矩陣可為方陣，表示熱容的每個(gè)基本矩陣可為方陣，以 及表示焦耳效應(yīng)功耗的每個(gè)基本矩陣可為列矩陣；
[0021] >每個(gè)全局矩陣通過連續(xù)合并對應(yīng)的基本矩陣而構(gòu)成，由于基本矩陣m的最后一 行和最后一列的最后一個(gè)值與基本矩陣m+Ι的第一行和第一列的第一個(gè)值表不同一接口 節(jié)點(diǎn)，因此將所述基本矩陣m的最后一行和最后一列的最后一個(gè)值與基本矩陣m+1的第 一行和第一列的第一個(gè)值相加，并且通過保持所述基本矩陣m+1的其它值相對于基本矩陣 m+1的第一行和第一列的所述第一個(gè)值的各自位置來使所述全局矩陣完整；
[0022] -所述絕緣層可在（至少）包括屏蔽層、金屬編織層、護(hù)套和保護(hù)膜的組中選擇。
[0023] 本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)包括前述類型的尺寸確定裝置。
[0024] 本發(fā)明還提供一種專用于確定電纜尺寸的方法，所述電纜用于使電氣構(gòu)件互連， 所述方法包括的步驟涉及確定需借助電氣保護(hù)裝置使電氣構(gòu)件互連的電纜的最小直徑，對 于所述最小直徑，所述電纜具有穩(wěn)定在破壞臨界溫度之下的內(nèi)部溫度，或在所述電纜的內(nèi) 部溫度達(dá)到所述臨界溫度之前使所述電氣保護(hù)部件切斷所述互連。
[0025] 其特征在于，在所述步驟中：
[0026]-將所述電纜分解為基本單元，包括表示導(dǎo)電線芯的中心單元、表示絕緣層的至少 一個(gè)中間單元，所述絕緣層包圍導(dǎo)電線芯或包圍另一電絕緣層、以及表示周圍環(huán)境的外部 單元，
[0027]-將分解出的每個(gè)基本單元表示為與基本矩陣相關(guān)聯(lián)的具有至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn) 組，所述基本矩陣表示組成通用方程式的變量，所述通用方程式表示所述基本單元的每個(gè) 節(jié)點(diǎn)的熱傳遞，
[0028]-根據(jù)與所述節(jié)點(diǎn)組相關(guān)聯(lián)的對應(yīng)的所述基本矩陣為所述通用方程式的每個(gè)變量 構(gòu)建立全局矩陣，以及
[0029] -通過全局矩陣對矩陣形式的所述通用方程式進(jìn)行數(shù)值求解來確定內(nèi)部溫度。
[0030] 本發(fā)明非限制性地適用于確定電纜的尺寸，所述電纜需使車輛（任選地機(jī)動車 輛）內(nèi)的電氣構(gòu)件互連。
【附圖說明】
[0031] 通過閱讀以下詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚，在附圖 中：
[0032]-圖1示意性及功能性示出了包括蓄電池的電路示例，所述蓄電池借助三根熔絲 和三根電纜與其它三個(gè)電氣構(gòu)件連接，以及示出了根據(jù)本發(fā)明的尺寸確定裝置的實(shí)施例，
[0033]-圖2示意性示出了僅由導(dǎo)電線芯構(gòu)成的電纜第一實(shí)施例的橫向剖面圖，
[0034]-圖3示意性示出了由導(dǎo)電線芯和絕緣護(hù)套構(gòu)成的電纜第二實(shí)施例的橫向剖面 圖，
[0035]-圖4示意性示出了由導(dǎo)電線芯、絕緣護(hù)套和屏蔽層構(gòu)成的電纜第三實(shí)