CN102035413B - 控制穿过配电电路的电流的方法与系统 - Google Patents

Abstract

一种控制穿过配电电路的电流的方法与系统。本发明公开了能够从包括火线和零线的配电电路接收电能的机动车辆，包括设置在车辆内部的控制器。控制器配置为与配电电路电连接、确定火线的电阻和零线的电阻之间的差并基于确定的差控制穿过配电电路的电流。

Description

控制穿过配电电路的电流的方法与系统

技术领域

本发明涉及控制穿过配电电路的电流的方法与系统。

背景技术

电缆为通过护套固定在一起的两个或更多电导体的总成。该总成可用于传输电能。电缆可安装作为例如建筑物内的固定布线、埋在地下、架空或暴露在外面。柔性电缆可用于可携式装置、移动工具和机械。

电缆可包括三个主要组件：导线、绝缘和保护套。根据应用各种电缆的组成可发生变化。可根据工作电压、最大承载电流和环境状况确定构成和材料。

电缆可使用绞合铜(stranded copper)或铝导线。一些电缆可包括未绝缘导线以用于电路零线或地线连接。

整个总成可为圆形或扁平的。可向总成加入不导电填充绞线以维持其形状。用于架空或垂直使用的特殊用途电缆可具有其它元件例如钢或芳纶(Kevlar)结构支撑。

多用途电缆的通用类型通过国家和/或国际代码管理。这些代码定义了可构成电缆的多种导线合金、其绝缘类型、以及特性(包括对化学物质和阳光的抵抗力)。

通用电缆可包含未绝缘裸线以连接至大地。三眼电源插座和插头需要接地线。延长电缆通常具有绝缘接地线。

ROMEX为由实心铜线制成的带有非金属塑料套的电缆，包含由蜡纸包裹的内部一组至少一对600伏的THWN塑料绝缘引线以及裸地线。通用ROMEX电缆可具有三根电线：零线(白色)、向负载供电的电线(黑色)、以及裸地线。

另一通用ROMEX形式具有标成白色的零线、两相电线(第一导线(黑色)和第二导线(通常为红色))、以及未绝缘铜接地线。这种类型可通常用于共用或公用照明装置的多个开关位置，例如用于位于走廊两端或者位于上下楼层的用于楼梯照明的开关。

发明内容

本发明公开了一种控制穿过包括火线和零线的配电电路的电流的方法，包括确定火线的电阻和零线的电阻之间的差，并基于确定的差控制穿过分配电路的电流。

根据本发明的另一个方面，本发明公开了一种能够从包括火线和零线的配电电路接收电能的机动车辆，包括设置在车辆内部的控制器。控制器配置为与配电电路电连接，其确定火线的电阻和零线的电阻之间的差并基于确定的差控制穿过配电电路的电流。

根据本发明的再一个方面，本发明还公开了一种包括控制电路的电池充电器，其能够从包括火线和零线的配电电路接收电能，并将电能传输至电池。控制电路配置用于确定火线的电阻和零线的电阻之间的差并基于确定的差控制穿过配电电路的电流。

根据本发明的一个实施例，控制电路进一步配置用于确定所述确定的差的数值是否高于第一阈值。

根据本发明的一个实施例，基于所述确定的差控制穿过所述配电电路的电流包括如果所述数值高于所述第一阈值则减小穿过所述配电电路的电流。

根据本发明的一个实施例，控制电路进一步配置用于如果所述数值高于所述第一阈值则确定所述数值是否高于第二阈值。

根据本发明的一个实施例，基于所述确定的差控制穿过所述配电电路的电流包括如果所述数值高于所述第二阈值则中断穿过所述配电电路的控制的电流。

尽管说明并公开了根据本发明的示例实施例，这些公开内容不应当被理解为对本发明的限定。发明人已经预见到可作出多种修改和替代设计而不脱离本发明的范围。

附图说明

图1为机动车辆实施例的示意图。

图2为电池充电器实施例的示意图。

图3为包括图2的电池充电器的示例电路的示意图。

图4为图3电路的替代实施例示意图。

图5为由于图4电路中充电器电流而导致的负载电流改变百分比的示例图。

图6为在图3的电池充电器打开及关闭时图3的零线和接地线路之间的电压相对于时间的示例图。

图7为图4电路中电线的热力学模型。

图8为用于控制穿过图3、图4的电路的电流的示例算法的流程图。

图9为图8示例算法的展开部分的流程图。

具体实施方式

现在参考图1，机动车辆10(例如混合动力电动车辆、电动车辆等)的实施例包括驱动电池12、电机13、电池充电器14、和底盘15。对本领域技术人员显而易见，驱动电池12可通过电机13为车辆10提供驱动力。

电池充电器14可包括一对线圈16、18，桥式整流器20，三极管22、二极管24、和电感26。对本领域技术人员显而易见的，三极管22、二极管24和电感26构成降压型调节器(buck regulator)27并可用于调节从桥式整流器20流至驱动电池12的电流。

线圈18包括火线端28和零线端30。线圈18可通过电缆34与电插座32电连接。图1的电插座32为120V墙壁插座。在其它实施例中，电插座32可为240V墙壁插座、多相墙壁插座等。如本领域已知的，线圈16、18的匝数比可依赖于与电池12和插座32的电压。

线圈16可通过桥式整流器20、三极管22和电感26与驱动电池12电连接。如本领域已知的，桥式整流器20(或二极管电桥)可为桥式配置的四个二极管的装置。对于任意极性的输入电压该装置可提供相同极性的输出电压。在本实施例中，桥式整流器20将交流电输入转换为直流电输出。

电缆34包括火线36、零线38、和地线40。火线36与火线端28电连接。零线38与零线端30电连接。地线40与底盘15电连接。在图1的实施例中，火线36将电流从插座32传输至线圈18而零线38将电流从线圈18传输至插座32。

电池充电器14还可包括微处理器42、电流传感器44、45和电压传感器46、47。微处理器从电流传感器44、45和电压传感器46、47接收电流和电压信息。在图1的实施例中，电流传感器44感应穿过线圈18和零线端30的电流，而电压传感器46感应零线端30和地线40之间的电压。电流传感器45感应流至驱动电池12的电流，而电压传感器47感应驱动电池12两端的电压。然而，也可能为其它的设置。例如，可设置电压传感器46用于感应火线端28和零线端30之间的电压。又例如，可设置电流传感器44和/或电压传感器46用于感应桥式整流器20和三极管22之间的电流和/或电压。也预见到了其它配置。

微处理器42可基于例如电流传感器44和电压传感器46测量的电流和电压来确定火线36和/或零线38的温度改变。如下列关系式，电阻温度系数为α的电线的瞬时电阻R可与火线36和/或零线38的温度改变ΔT相关：

R＝R_i(1+αΔT)(1)

或

$\mathrm{\ΔT}=\frac{\mathrm{\ΔR}}{\mathrm{\α}{R}_i}---\left(2\right)$

其中R_i为电线的初始电阻。考虑到电压和电流，方程(2)可改写为：

$\mathrm{\ΔT}=(\frac{V}{I}-\frac{V_i}{I_i})\left(\frac{I_i}{V_i}\right)\left(\frac{1}{\mathrm{\α}}\right)---\left(3\right)$

或

$\mathrm{\ΔT}=(\frac{{\mathrm{VI}}_i}{V_{i}I}-1)\left(\frac{1}{\mathrm{\α}}\right)---\left(4\right)$

其中I和V为传感器44、46分别测量的瞬时电流和电压，而Ii和Vi为传感器44、46分别测量的初始电流和电压。基于方程(4)，微处理器42可基于电流传感器44和电压传感器46测量的电流和电压确定火线36和/或零线38的温度改变。在其它实施例中，电池充电器14可以已知方式控制穿过其的电流以保持其总体上恒定。这样，微处理器42可仅基于电压传感器46测量的电压确定火线36和/或零线38的温度改变。在其它实施例中，微处理器42可基于在火线端28和零线端30之间测量的电压确定火线36和/或零线38的温度改变。

下列方程(使用上述符号)对本领域人员显而易见

$R_i=\frac{{V_{\mathrm{LN}}}^{-}-{V_{\mathrm{LN}}i}^{+}}{2I}---\left(5\right)$

及

$R=\frac{{V_{\mathrm{LN}}}^{-}-{V_{\mathrm{LN}}}^{+}}{2I}---\left(6\right)$

或

$R=\frac{{V_{\mathrm{NG}}}^{-}-{V_{{\mathrm{NG}}_i}}^{+}}{I}---\left(7\right)$

其中，V_LN ^-为电流开始穿过电池充电器14之前那一刻火线端28和零线端30之间的瞬时电压，V_LN ⁱ⁺为电流开始穿过电池充电器14之后那一刻火线端28和零线端30之间的瞬时电压，V_LN ⁺为电流开始穿过电池充电器14之后任意时刻火线端28和零线端30之间的瞬时电压，V_NG ^-为电流开始穿过电池充电器14之前那一刻零线端30和地线40之间的瞬时电压，V_NG ⁱ⁺为电流开始穿过电池充电器14之后那一刻零线端30和地线40之间的瞬时电压。

将方程(5)、(6)代入方程(2)并简化得到：

$\mathrm{\ΔT}=(\frac{{V_{\mathrm{LN}}}^{-}-{V_{\mathrm{LN}}}^{+}}{{V_{\mathrm{LN}}}^{-}-{V_{{\mathrm{LN}}_i}}^{+}}-1)\left(\frac{1}{\mathrm{\α}}\right)---\left(8\right)$

基于方程(8)，微处理器42可由此基于所测量的火线端28和零线端30之间电压确定火线36和/或零线38的温度改变。

可替代地，可以任意合适的方式确定火线36和/或零线38的温度或温度改变。例如，与微处理器42通信并与火线36和/或零线38连接的温度传感器(例如惠斯顿电桥、结型二极管等)可检测火线36和/或零线38的温度并将其通信给微处理器42。

微处理器42可打开并关闭三极管22以控制电流流至驱动电池12。微处理器可由此通过三极管22控制穿过火线36和/或零线38的电流。

进入线圈18的功率Pin等于离开线圈16的功率Pout(假设可忽略损耗)：

P_in＝P_out                     (9)

考虑到电流和电压，方程(9)可改写为：

(I_rmsV_rms)CosΘ＝I_BATV_BAT(10)

其中I_rms和V_rms分别为进入线圈18的电流的均方根和线圈18两端电压的均方根，I_BAT和V_BAT分别为进入驱动电池12的电流和驱动电池12两端的电压(分别通过传感器45、47测量的电流和电压)，且Cosθ为I_rms和V_rms之间的相位角。(对本领域技术人员显而易见，在带有单位功率因数修正的系统中Cosθ通常等于1。此外，当测量火线-零线电压和零线-地线电压时，θ为这两个交流电压之间的相位角。)假设V_rms和V_BAT总体上恒定并根据方程(10)，I_BAT的改变将导致I_rms的改变。即，减小三极管22的占空比以减小I_BAT将减小I_rms。(微处理器42还可由此基于电流传感器44、45和电压传感器47测量的电流和电压确定火线36和/或零线38的温度改变。例如，可重新设定方程(10)以求解V_rms并代入方程(8))。

为了维持火线36和/或零线38的温度处于理想范围内，微处理器42可在火线36和/或零线38的温度和/或温度改变开始达到该范围的上限时开始以已知方式运转三极管22。例如，如果火线36和/或零线38的温度改变超过35摄氏度，则微处理器42可开始运转三极管22。可替代地，如果火线36和/或零线38的温度与该范围上限相差小于7摄氏度，则微处理器42可开始运转三极管42。然而，可使用任意合适的控制方案。

如图所示，充电器14集成在车辆10中。然而，在其它实施例中，充电器14可远离车辆10。例如，充电器14可为可插入电插座32和车辆10的独立单元。也可能是其它设置。

现在参考图2，相对于图1的标号元件相差100的标号元件与图1中的标号元件具有相类似的描述。电池充电器114的实施例包括桥式整流器120、升压型调节器121、降压型调节器127和微处理器142。桥式整流器120与升压型调节器121电连接。升压型调节器121与降压型调节器127电连接。微处理器142可控制升压型调节器121与降压型调节器127。桥式整流器120、升压型调节器121和降压型调节器127的电路可采用任意合适的形式。

桥式整流器120可与电插座电连接并将交流电流输入转换为直流电流输出。对本领域技术人员显而易见的，微处理器142可以已知方式控制升压调节器121以通过桥式整流器120调节直流电流输出用于功率因数修正。基于传感器144、146的电流和/或电压测量值，微处理器142可使用类似于前文所述的方法控制降压型调节器127用于电能分配温度管理。当然，也可以是其它的设置和/或配置。

现在参考图3，电池充电器114已电连接至包括负载149(未知负载)、保险丝盒150、和电源152的电路148。负载149(例如冰箱的压缩机)位于电池充电器114和保险丝盒150(例如类似于住宅楼中通常使用的那种)。对本领域技术人员显而易见的，来自电源152的电能通过保险丝盒150提供给电池充电器114。

如下文所述，存在未知负载149可能影响电池充电器114从电路148吸取电流的速度。下文描述了用于确定示例电路148负载能力的技术。一旦已经确定此负载能力，则可以不超过电路148电线性能或者不会熔断与电路148电线相关联的保险丝的最大速度从电路148吸取电流。

现在参考图4，可重新绘制电路148以显示其多个电阻、电流和电压，其中，R₁为保险丝盒150和负载149之间电线的电阻，R₂为负载149和电池充电器114之间电线的电阻，R_ul为负载149的电阻，R_Chgr为电池充电器114的电阻，R_source为电源152的电阻，V_ac为电源152的电压，V_fusebox为保险丝盒150两端的电压，V_L为火线136的电压，V_n为零线138的电压，V_g为地线140的电压，i₂为流过电池充电器114的电流，i_ul为流过负载149的电流，且i₁为流至保险丝盒150的电流。

现在参考图3、图4，通过以任何已知方式测量三个电压V_l、V_n及V_g以及充电器电流i₂来确定电路148的特性。根据基尔霍夫定律(假定保险丝盒150和未知负载149之间导线的电阻相等，且未知负载149和电池充电器114之间导线的电阻相等)：

Vac＝i₁*(R_source+2R₁+R_ul)-i₂*R_ul   (11)

0＝i₂*(2R₂+R_Chgr+R_ul)-i₁*R_ul       (12)

V_ug＝i₁*R₁+i₂*R₂                 (13)

0＝i₁-i₂-i_ul                    (14)

可另外使用最大额定电流和最大线电阻以评估电路148的特性。例如，14G电线的最大额定电流为15A，且12G电线的最大额定电流为20A。另外，14G电线的线电阻为2.54Ω/1000ft(ft表示英尺)，且12G电线的线电阻为1.59Ω/1000ft。假定墙壁插座处为80V或更低的节电状况，合理的最大线电阻可以是将R_Chgr处的电压降低至80V所需的线电阻，此时充电器114吸取15A而未知负载149吸取0A。这需要越过每组电阻器R₁和R₂均下降20V。已知V＝I_R，R₁+R₂应当小于1.3Ω。该电阻可甚至更小。否则，电路148的电线中将消耗掉三分之一来自保险丝盒150的电能。

评估常见家庭可说明多小的电阻是合理的。考虑到1800ft²的大屋子(宽30ft，长90ft)，需要90ft(或者更少)的电线来达到此房屋中的角落。在此情况下，对于14G电线，R₁+R₂等于(或小于)0.23Ω。

从120V线路吸取15A所需的负载电阻为120V/15A，即8Ω。直接与120V相连(即R₁+R₂＝0)时，任何更低的负载电阻将导致电流超过15A。将最小负载电阻(例如8Ω)与线电阻(例如0.23Ω)比较时，负载电阻高得多。因此，可以假定i_ul维持恒定而与充电器负载无关。为了检查该假定，考虑为14G电线且未知负载149与保险丝盒150之间电线长90ft。图5显示了在i₂值的范围内i_ul的百分比改变。负载电流i_ul改变小于5％。

根据方程(11)、(12)、(13)

$i_{\mathrm{ul}}=\frac{V_{\mathrm{ac}}}{R_{\mathrm{ul}}}\frac{1}{1+\frac{{2R}_1}{{2R}_2+R_{\mathrm{ul}}}+\frac{{2R}_1}{R_{\mathrm{ul}}}}---\left(15\right)$

如果出于上述原因i_ul恒定，则方程(15)简化为：

$i_{\mathrm{ul}}=\frac{V_{\mathrm{ac}}}{R_{\mathrm{ul}}}---\left(16\right)$

对于R₁＜＜R_ul和/或R_Chgr较大的情况，方程(16)大约等于方程(15)。

求解R _source (假定V_ac不随负载改变)

V_fusebox＝V_ac-(i₁)*R_source           (17)

且

V_fusebos＝V_ln+2V_ng         (18)

其中

V_ln＝V_l-V_n           (19)

且

V_ng＝V_n-V_g           (20)

现在参考图3、4、6，T0(即充电器114启动之前那一刻)处i₂＝0，T1(即充电器114启动之后那一刻)处i₂＞0。可在充电器114处通过首先以i₂＝0求解方程(17)并随后在i₂＞0时从(17)中减去来测量V_ln0、V_ng0(即T0时火线136与零线138之间的电压降和零线138与地线140之间的电压降)，V_ln1、V_ng1(即T1时火线136与零线138之间的电压降和零线138与地线140之间的电压降)，及i₂的值。

根据方程(14)、(17)得到下列方程：

$V_{{\mathrm{fusebox}}_0}-V_{{\mathrm{fusebox}}_1}=V_{\mathrm{ac}}-(i_{\mathrm{ul}}+0)*R_{\mathrm{source}}-(V_{\mathrm{ac}}-(i_{\mathrm{ul}}+i_2))*R_{\mathrm{source}}---\left(21\right)$

组合方程(18)、(21)得到：

$R_{\mathrm{source}}=\frac{({\mathrm{Vl}}_{n_0}+{2V}_{{\mathrm{ng}}_0})-(V_{{\ln }_1}+{2V}_{{\mathrm{ng}}_1})}{i_{2_1}}---\left(22\right)$

求解线电阻R ₁ +R ₂ (假定i_ul恒定)

对于i₂＝0和i₂＞0的情况可求解方程(13)。对于T0处i₂＝0，方程(13)、(14)可简化为：

$V_{{\mathrm{ng}}_0}=i_{\mathrm{ul}}*R_1---\left(23\right)$

对于T1处i₂＞0，方程(13)及(14)可改写为：

$V_{n{g}_1}=(i_{\mathrm{ul}}+i_2)*R_1+i_2*R_2---\left(24\right)$

从方程(24)减去方程(23)得到：

$(V_{{\mathrm{ng}}_1}-V_{{\mathrm{ng}}_0}){|}_{i_{{\mathrm{ul}}_{\mathrm{cans}\tan t.}}}=i_2*R_T---\left(25\right)$

其中

R_T＝R₁+R₂                  (26)

求解线电阻得到：

$R_1+R_2=\frac{V_{{\mathrm{ng}}_1}-V_{{\mathrm{ng}}_0}}{i_2}---\left(27\right)$

求解线电阻R ₁

可获得R₁和R₂之间的关系来确定i_ul的值。这可通过考虑当施加来自充电器114的额外负载时由于电线消耗的能量而导致的线路148中电线发热而得以实现。

现在参考图7，其中，W_T表示由于电线中I² _R损耗产生的能量，Q_c表示传导离开的能量。全部电线长度(与R₁和R₂相关联的长度)中由于额外的充电器电流而引起的能量W_T为

W_T＝W_R1+W_R2＝∫R₁(i_ul+i₂)²dt+∫R₂*i₂ ²dt   (28)

其中W_R1与W_R2分别为与R₁和R₂相关联的电线中的能量。

全部电线长度中的能量改变ΔU为：

$\mathrm{\ΔU}=({\mathrm{cm}}_1{\mathrm{\ΔT}}_1-Q_{c_{R1}})+({\mathrm{cm}}_2{\mathrm{\ΔT}}_2-Q_{c_{R2}})={\∫R}_1{(i_{\mathrm{ul}}+i_2)}^2\mathrm{dt}+{\∫R}_2*{i_2}^2\mathrm{dt}-Q_{c_{R1}}-Q_{c_{R2}}---\left(29\right)$

其中m₁、m₂、ΔT₁和ΔT₂分别为R₁和R₂所对应的电线长度的质量和温度改变，c为电线长度的比热容，且Q为施加的热量。

另外，

${\mathrm{\ΔT}}_1=\frac{\∫R_1{(i_{\mathrm{ul}}+i_2)}^2\mathrm{dt}-Q_{c_{R1}}}{{\mathrm{cm}}_1}$ 且 ${\mathrm{\ΔT}}_2=\frac{{\∫R}_2{\left(i_2\right)}^2\mathrm{dt}-Q_{c_{R2}}}{{\mathrm{cm}}_2}---\left(30\right)$

当电线发热时，其电阻如参考方程(1)、(2)所述改变。因此方程(30)可改写为：

${\mathrm{\ΔR}}_1=\frac{{\mathrm{\αR}}_1}{{\mathrm{cm}}_1}(\∫R_1{(i_{u1}+i_2)}^2\mathrm{dt}-Q_{c_{R1}})$ 且 ${\mathrm{\ΔR}}_2=\frac{{\mathrm{\αR}}_2}{{\mathrm{cm}}_2}(\∫R_2{\left(i_2\right)}^2\mathrm{dt}-Q_{c_{R2}})---\left(31\right)$

R₁和R₂上的电压降的改变为ΔV＝ΔR×I，或者

${\mathrm{\ΔV}}_1=\frac{{\mathrm{\αR}}_1}{{\mathrm{cm}}_1}(\∫R_1{(i_{u1}+i_2)}^2\mathrm{dt}-Q_{c_{R1}})*(i_{u1}+i_2)$ 和 ${\mathrm{\ΔV}}_2=\frac{{\mathrm{\αR}}_2}{{\mathrm{cm}}_2}(R_2{\left(i_2\right)}^2\mathrm{dt}-Q_{c_{R2}})*i_2---\left(32\right)$

展开ΔV₁得到：

${\mathrm{\ΔV}}_1=\frac{{\mathrm{\αR}}_1}{{\mathrm{cm}}_1}({\∫R}_1({i_{u1}}^2+{2i}_{u1}*i_2+{i_2}^2)\mathrm{dt}-Q_{c_{R1}})*(i_{u1}+i_2)$

评估ΔV_T与ΔV_R1的比例得到：

$\frac{{\mathrm{\ΔV}}_T}{\mathrm{\Δ}{V}_1}=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_1+{\mathrm{\ΔV}}_2}{{\mathrm{\ΔV}}_1}=---\left(34\right)$

$\frac{\frac{{\mathrm{\αR}}_1}{{\mathrm{cm}}_1}\∫(R_1({i_{u1}}^2+{2i}_{u1}*i_2+{i_2}^2)\mathrm{dt}-{\mathrm{Qc}}_{R1})*(i_{u1}+i_2)+\frac{{\mathrm{\αR}}_2}{{\mathrm{cm}}_2}({\∫R}_2\left({i_2}^2\right)\mathrm{dt}*\left(i_2\right)-{\mathrm{Qc}}_{R2})*i_2}{\frac{{\mathrm{\αR}}_1}{{\mathrm{cm}}_1}({\∫R}_1({i_{u1}}^2+2i_{u1}*i_2+{i_2}^2)\mathrm{dt}-{\mathrm{Qc}}_{R1})*(i_{u1}+i2)}$

本领域技术人员已知的，电线质量m与其截面积A和长度l有关：

其中为金属密度。本领域技术人员还已知，电线的电阻R与其截面积和长度有关：

R＝p*λ/A                (36)

其中ρ为金属电阻率。

根据方程(35)、(36)，如果电路148中电线截面积(规格)恒定，则mαR                     (37)

且

$\frac{R_1}{R_T}=\frac{m_1}{m_T}---\left(38\right)$

其中m_T＝m₁+m₂。

考虑方程(35)、(36)，方程(34)简化为：

$\frac{{\mathrm{\ΔV}}_T}{{\mathrm{\ΔV}}_1}=$

$\frac{{\mathrm{\ΔV}}_1+{\mathrm{\ΔV}}_2}{{\mathrm{\ΔV}}_1}=---\left(39\right)$

$\frac{({\∫R}_1({i_{u1}}^2+{2i}_{u1}*i_2+{i_2}^2)\mathrm{dt}-Q_{c_{R1}})*(i_{u1}+i_2)+(\∫R_2\left({i_2}^2\right)\mathrm{dt}-Q_{\mathrm{cR}2})*\left(i_2\right))}{(\∫R_1({i_{u1}}^2+{2i}_{u1}*i_2+{i_2}^2)\mathrm{dt}-Q_{c_{R1}})*(i_{u1}+i_2)}$

Q_cR可改写为：

$Q_{\mathrm{cR}}=\mathrm{kA}\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔX}}---\left(40\right)$

其中k为电线的绝缘层热传导系数，A为暴露绝缘层的面积，ΔT为空气与电线温度之间的差，且ΔX为温度读数之间的距离。(对于此分析，当这些项被包括在方程(39)的分子和分母中时，假定其较小且在计算时被消去。其它实施方案可包括对这些项的一些经验性补偿。)

考虑方程(40)，方程(39)简化为：

$\frac{{\mathrm{\ΔV}}_T}{{\mathrm{\ΔV}}_1}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}_1+{\mathrm{\ΔV}}_2}{{\mathrm{\ΔV}}_1}=\frac{\left({\∫R}_1({i_{\mathrm{ul}}}^2+{2i}_{\mathrm{ul}}*i_2+{i_2}^2)\mathrm{dt}\right)*(i_{\mathrm{ul}}+i_2)+({\∫R}_2\left({i_2}^2\right)\mathrm{dt}*\left(i_2\right))}{\left({\∫R}_1({i_{\mathrm{ul}}}^2+{2i}_{\mathrm{ul}}*i_2+{i_2}^2)\mathrm{dt}\right)*(i_{\mathrm{ul}}+i_2)}---\left(41\right)$

当电线发热时，线电阻增加且穿过电线的电流稍微降低。对于此分析，将认为该改变足够小而可被忽略。另外，i₂的值可保持恒定以将方程(41)简化为：

$\frac{{\mathrm{\ΔV}}_1+{\mathrm{\ΔV}}_2}{{\mathrm{\ΔV}}_1}=\frac{R_1({i_{\mathrm{ul}}}^2+{2i}_{\mathrm{ul}}*i_2+{i_2}^2)*(i_{\mathrm{ul}}+i_2)+R_2*\left({i_2}^2\right)*\left(i_2\right)}{R_1({i_{\mathrm{ul}}}^2+{2i}_{\mathrm{ul}}*i_2+{i_2}^2)*(i_{\mathrm{ul}}+i_2)}---\left(42\right)$

方程包括未知项R₁、R₂和i_ul。如果R₁≤R₁+R₂，则根据方程(27)：

$i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}\≥\frac{V_{{\mathrm{ng}}_0}}{R_1+R_2}---\left(43\right)$

从而得到了i_ul的最小值，其中

$i_{\mathrm{ul}}=i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_1+R_2}{R_1}---\left(44\right)$

将方程(26)、(43)、和(44)代入(42)得到：

$\frac{{\mathrm{\ΔV}}_1+{\mathrm{\ΔV}}_2}{{\mathrm{\ΔV}}_1}=$

$\frac{R_1({(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})}^2+2(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})*i_2+{i_2}^2)*((i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})+i_2)+(R_T-R_1)*\left({i_2}^2\right)*\left(i_2\right)}{R_1({(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})}^2+2(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})*i_2+{i_2}^2)*((i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})+i_2)}---\left(45\right)$

查看方程(45)显示，唯一的未知项为R₁。解决方法可能为密集计算(computationally intensive)，且可能通过算法迭代计算R₁的正确解来的更好地解决。可替代地，可另外假定i_ul存在合理长的时间以便将电线加热至恒定温度(这可通过例如在一段时间内测量V_ng0以确保其并未增加来确认)。使用该假定，方程(45)简化为：

$\frac{{\mathrm{\ΔV}}_1+{\mathrm{\ΔV}}_2}{{\mathrm{\ΔV}}_1}=\frac{R_1(2(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})+i_2)*((i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})+i_2)+(R_T-R_1)*\left({i_2}^2\right)}{R_1(2(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})+i_2)*((i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})+i_2)}---\left(46\right)$

当i₂＞0时ΔV₁的值不可测量，因此(45)的替代为以i₂＞0衡量分子而以i₂＝0衡量分母。这将方程(45)简化为：

$\frac{V_{{\mathrm{ng}}_2}-V_{{\mathrm{ng}}_1}}{V_{{\mathrm{ng}}_3}-V_{{\mathrm{ng}}_0}}=\frac{R_1(2(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})+i_2)*((i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})+i_2)+(R_T-R_1)*\left({i_2}^2\right)}{R_1(2(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})+i_2)*(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*\frac{R_T}{R_1})}---\left(47\right)$

其中V_ng2-V_ng1＝ΔV₁+ΔV₂且V_ng3-V_ng0＝ΔV₁。

可求解方程(46)得到R₁

$R_1=\frac{2*{i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}}^2*R_T*(V_1-V_0+V_3-V_2)}{i_2*(i_{{\mathrm{ul}}_{\min }}*(3V_0-V_1+V_2-3V_3)+i_2*(V_0-V_3))}---\left(48\right)$

其中，V_x为图6中T_x处的V_ng。

求解R ₂

根据方程(26)

R₂＝R_T-R₁                (49)

求解R _ul 和i _ul

方程(11)可用于求解R_ul。在T0处，V_ln＝i_ul×R_ul且V_ng＝i_ul×R₁。因此，

$\frac{V_{{\ln }_0}}{V_{{\mathrm{ng}}_0}}=\frac{R_{\mathrm{ul}}}{R_1}---\left(50\right)$

$R_{\mathrm{ul}}=\frac{V_{{\ln }_0}}{V_{{\mathrm{ng}}_0}}*R_1---\left(51\right)$

且

$i_{\mathrm{ul}}=\frac{V_{{\ln }_0}}{R_{\mathrm{ul}}}---\left(52\right)$

可使用方程(29)、(30)、(50)、(51)以求解m₁、m₂、R₁和R₂。例如存储于微处理器142存储器中的标准查值表可随后用于确定与R1和R2相关联的电线的规格从而确定最大总额定电流i_max。微处理器142可随后使用本说明书中所述技术控制i₂，使得

i_max≤i_ul+i₂           (53)

当然，负载149的电阻R_ul可包括电抗组件。对本领域技术人员显而易见的，可通过以已知方式将θ(参考方程(10)所述)代入至合适的方程中来确定这些电抗组件。然而，可使用任何合适的技术。

再次参考图3、4，V_ac和V₁(电路上分支电阻)之间的差包括跨过R_source的电压降。V_ac和V_n(电路下分支电阻)之间的差不包括跨过R_source的电压降。R_source表示了交流线路中的阻抗，且实际值大于0。然而，如果电路下分支中存在故障使得其电阻高于电路上分支的电阻，R_source的计算将返回较小值或负值。如果电路上分支中有故障，R_source的计算将返回过大值。这样，可识别电路上分支和/或电路下分支中的故障，且相应地改变电池充电器114的运转。

现在参考图2、3、4、8，可如154处所示确定R_source。例如，微处理器142可如上文参考方程(18)至(21)所述计算R_source。如156处所示，确定R_source是否超出其期待范围。例如，微处理器142可确定R_source是否高于3Ω或小于0Ω。当与电路上下分支电阻相结合时3Ω表示会导致火线-零线电压被认为处于节电状况的电阻，可使用R_source较低电阻值且其更能够代表没有故障的电路。如果是，可如158处所示改变电池充电器114的运转。例如，微处理器142可减小方程(53)的i_max，或者中断电池充电器114的运转。

现在参考图2、3、4、9，如160处所示确定R_source是否高于其期待范围。例如，微处理器142可确定R_source是否高于3Ω。如果否，如162处所示确定R_source是否小于其下阈值。例如，微处理器142可确定R_source是否小于-1Ω。(在本示例中，阈值为期待范围界限之外1Ω。然而，可使用其它标准。如下文所述，如果R_source处于阈值和期待范围界限之间，则电池充电器114的充电输出将减少。如果R_source的数值高于阈值数值，电池充电器的运转将停止)。如果是，如164处所示，中断电池充电器114的运转。例如，微处理器142可中断对电池的充电。如果否，可如166处所示减小电池充电器114的输出。例如，微处理器142可与R_source的值和期待范围界限之间的差成比例地减小方程(53)的i_max。如果R_source为-0.5Ω且期待范围的界限为0Ω，则微处理器可将方程(53)的i_max减少50％。

再次参考160，如果是，如168处所示，确定R_source是否高于其上阈值。例如，微处理器142可确定R_source是否高于+4Ω。(如上所述，本示例中的阈值为期待范围界限之外1Ω)。如果是，如164处所示，中断电池充电器114的运转。如果否，如166处所示减小电池充电器114的输出。例如，微处理器142可与R_source的值和期待范围界限之间的差成比例地减小方程(53)的i_max。如果R_source为+3.7Ω且期待范围的界限为+3Ω，则微处理器可将方程(53)的i_max减少70％。

尽管已经说明并描述了本发明的实施例，其并非意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有形式。本说明书中所使用的词语为描述性词语而非限定，且应理解可作出多种改变而不脱离本发明的实质和范围。

Claims (8)

1.一种控制穿过包括火线和零线的配电电路的电流的方法，所述方法包含如下步骤：

确定所述火线的电阻和所述零线的电阻之间的差；

将所述确定的差的数值与由第一阈值和小于第一阈值的第二阈值限定的第一范围进行比较；

基于所述比较结果控制穿过所述配电电路的电流，

其中，当确定的差的数值大于第一阈值时确定在火线存在故障，并且当确定的差的数值小于第二阈值时确定在零线存在故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含：当所述确定的差在第一范围之外时确定所述确定的差是否高于第三阈值或低于第四阈值，其中，第三阈值大于第一阈值，并且第四阈值小于第二阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述确定的差控制穿过所述配电电路的电流的步骤包括：如果所述确定的差的数值高于第一阈值且小于第三阈值，或小于第二阈值且大于第四阈值则减小穿过所述配电电路的电流。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果所述确定的差的数值高于第三阈或小于第四阈值则中断穿过所述配电电路的受控的电流。

5.一种能够从包括火线和零线的配电电路接收电能的机动车辆，所述车辆包含：

设置在所述车辆内部的控制器，配置为与所述配电电路电连接，确定所述火线的电阻和所述零线的电阻之间的差，将所述确定的差的数值与由第一阈值和第二阈值限定的第一范围进行比较，基于所述比较结果控制穿过所述配电电路的电流，

其中，控制器被配置为当确定的差的数值大于第一阈值时确定在火线存在故障，并且当确定的差的数值小于第二阈值时确定在零线存在故障。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述控制器进一步配置为当所述确定的差在第一范围之外时确定所述确定的差的数值是否高于第三阈值或低于第四阈值，其中，第三阈值大于第一阈值，并且第四阈值小于第二阈值。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，如果所述确定的差的数值高于第一阈值且小于第三阈值，或小于第二阈值且大于第四阈值则控制器减小穿过所述配电电路的电流。

8.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，如果所述确定的差的数值高于第三阈值或小于第四阈值，则控制器中断穿过所述配电电路的受控的电流。