CN102435933A - 汽车电路故障甄别方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车电路故障甄别方法，其利用汽车电路线路短路、外接不同的负载时引起汽车电瓶端电压的变化速率不同，设定基准电压变化量及变化速率，通过检测汽车电瓶端电压变化量与变化速率，与基准电压变化量及变化速率比较，判断线路故障。本发明的优点在于：在汽车电路发生短路的瞬间，短路电流较小时即可甄别。并可以在汽车停驶时根据汽车电瓶端电压的异常波动，判断线路接触不良等故障，全时段监控汽车电瓶端电压的变化，甄别线路故障，通过采取相应的措施，防止汽车在人员离开后发生自燃等事故。

Description

汽车电路故障甄别方法

技术领域

本发明是关于一种电路故障甄别方法，特别是指一种汽车电路故障甄别方法。

背景技术

目前汽车电路、汽车用电设备短路、过载保护一般采用传统熔断器，通过过流熔断而切断负载电源，防止线路起火引起汽车自燃。

现有汽车电路采用限制负载电流的方法，通过流过熔断器的电流积累温度，使熔断器熔断，存在如下缺点：由于汽车很多用电设备通电瞬间冲击电流大（大容量电容、灯泡以及马达等启动时），导致选用熔断器时熔断电流远大于用电设备额定工作电流。当线束磨损或用电设备局部短路时，由于接触电阻、短路部件内阻以及线束本身内阻的存在，往往导致短路时短路电流不足以使熔断器熔断，从而在接触部位产生大量热量引起局部燃烧甚至汽车自燃等严重事故。部分汽车自燃事故也因汽车用电设备改装、加装时不规范操作，线路裸露或者接线部位接触不良引起局部过热导致，传统熔断器无法起到完善保护作用，且传统熔断器熔断时间一般为几百毫秒以上，随着环境温度的降低，其温度积累效应也相应降低，熔断时间也变长，甚至不能及时熔断。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种汽车电路故障甄别方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种使用所述的汽车电路故障甄别方法，利用汽车电瓶内阻及结构电容、放电特性等，以及线路感抗、负载感抗、容抗、阻抗，接负载时电瓶端电压不能突变，且在不同负载时的电压变化曲线不同，设定基准电压变化量为△V0，在固定时间间隔t的基准变化速率为△V0/t，其值设定略小于短路状态的汽车电瓶端电压变化速率，当汽车电瓶端电压发生变化时，计算固定时间间隔t内电压变化速率△V/t，将该电压变化速率与基准电压变化速率△V0/t进行比较。当△V/t大于△V0/t时，作为判断存在短路故障的依据。汽车线路短路时，其负载近似于纯阻性负载，由于导线自身感抗及导线电阻小，且积累温度相对慢，汽车电瓶端电压在短路时呈急剧下降趋势，其电压变化速率远大于正常负载启动时的电压变化。

汽车停驶时，因各用电设备处于待机状态，当汽车电瓶端电压存在异常波动时，亦即△V/t正、负交替时，则判断为线路接触不良。设备待机以及汽车电瓶自放电，其电压变化呈极小的下降趋势，但线路接触不良时，该设备内的电容等会在充放电时引起汽车电瓶端电压的波动，亦即△V/t忽正忽负，发生异常变化。

当汽车电瓶端电压变化速率△V/t小于等于△V0/t，且在若干个（设为n）固定时间间隔t内（nt周期内）如果△V/t出现连续负值，则判断为正常设备启动。例如灯泡通电时，灯丝的冷态电阻相对导线电阻大，在启动瞬间灯丝的温度积累速度快，随着温度的上升，由于温度系数的影响阻抗随着灯丝温度的上升而上升，其反应在汽车电瓶端电压的变化曲线是呈下降再上升的，汽车电瓶端电压变化速率△V/t小于△V0/t，感性负载和容性负载在加电时虽然机理不同，但也呈类似曲线，不再赘述。

若△V/t远小于△V0/t，则直接判断为正常状态，例如当燃油汽车关闭电门后，发动机刚停止工作时电瓶端电压呈相对缓慢下降趋势；而电动汽车在驱动马达停止后，其电瓶端电压呈上升状态，△V/t出现负值；车辆停驶时，由于部分设备待机以及电瓶自放电，电瓶端电压下降极其缓慢，即△V/t远小于△V0/t。

设定下限电压变化量为△V1，参考汽车各用电设备正常工作时引起汽车电瓶端电压变化量设定不同的下限值，从汽车电瓶端电压开始下降时起在nt周期内累计电压变化量△V大于△V1时，则判断为存在过流。例如电机内部导线局部短路时，在启动时的电压变化曲线类似于正常启动时，电压变化速率△V/t也小于△V0/t，容易产生误判，但其工作时电流远大于正常状态。

本发明的优点在于：利用汽车电瓶端电压的变化量、变化速率及变化特征曲线，在汽车电路发生短路的瞬间，短路电流较小时即可甄别。并可以在汽车停驶时根据汽车电瓶端电压的异常波动，判断线路接触不良等故障，全时段监控汽车电瓶端电压的变化，甄别线路故障，通过采取相应的措施，防止汽车在人员离开后发生自燃等事故。

附图说明

图1是电路短路和设备启动时的汽车电瓶端电压变化曲线模拟图。

图2是线路接触不良和过载时的汽车电瓶端电压变化曲线模拟对比图。

图3是本发明使用的智能保护装置的第一实施例的原理框图。

图4是本发明使用的智能保护装置的第二实施例的原理框图。

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，一种汽车电路故障甄别方法，利用汽车电瓶内阻及结构电容、放电特性等，以及线路感抗、负载感抗、容抗、阻抗，接负载时电瓶端电压不能突变，且在不同负载时的电压变化曲线不同，设定基准电压变化量为△V0，在固定时间间隔t的基准变化速率为△V0/t，其值设定略小于短路状态的汽车电瓶端电压变化速率，当汽车电瓶端电压发生变化时，计算固定时间间隔t内电压变化速率△V/t，将该电压变化速率与基准电压变化速率△V0/t进行比较。当△V/t大于△V0/t时，作为判断存在短路故障的依据。汽车线路短路时，其负载近似于纯阻性负载，由于导线自身感抗及导线电阻小，且积累温度相对慢，汽车电瓶端电压在短路时呈急剧下降趋势，其电压变化速率远大于正常负载启动时的电压变化。

汽车停驶时，因各用电设备处于待机状态，当汽车电瓶端电压存在异常波动时，亦即△V/t正、负交替时，则判断为线路接触不良。设备待机以及汽车电瓶自放电，其电压变化呈极小的下降趋势，但线路接触不良时，该设备内的电容等会在充放电时引起汽车电瓶端电压的波动，亦即△V/t忽正忽负，发生异常变化。

当汽车电瓶端电压变化速率△V/t小于等于△V0/t，且在若干个（设为n）固定时间间隔t内（nt周期内）如果△V/t出现连续负值，则判断为正常设备启动。例如灯泡通电时，灯丝的冷态电阻相对导线电阻大，在启动瞬间灯丝的温度积累速度快，随着温度的上升，由于温度系数的影响阻抗随着灯丝温度的上升而上升，其反应在汽车电瓶端电压的变化曲线是呈下降再上升的，汽车电瓶端电压变化速率△V/t小于△V0/t，感性负载和容性负载在加电时虽然机理不同，但也呈类似曲线，不再赘述。

若△V/t远小于△V0/t，则直接判断为正常状态，例如当燃油汽车关闭电门后，发动机刚停止工作时电瓶端电压呈相对缓慢下降趋势；而电动汽车在驱动马达停止后，其电瓶端电压呈上升状态，△V/t出现负值；车辆停驶时，由于部分设备待机以及电瓶自放电，电瓶端电压下降极其缓慢，即△V/t远小于△V0/t。

设定下限电压变化量为△V1，参考汽车各用电设备正常工作时引起汽车电瓶端电压变化量设定不同的下限值，从汽车电瓶端电压开始下降时起在nt周期内累计电压变化量△V大于△V1时，则判断为存在过流。例如电机内部导线局部短路时，在启动时的电压变化曲线类似于正常启动时，电压变化速率△V/t也小于△V0/t，容易产生误判，但其工作时电流远大于正常状态。

请参阅图3，为本发明使用的汽车电路故障的智能保护装置的结构框图，该智能保护装置1包括控制模块11、汽车运行状态监测模块12、用电设备工作指令接口14、电压监测模块15、受控开关16，以及报警装置17。

所述汽车运行状态监测模块12一端连接汽车的行车电脑（ECU），一端连接控制模块11，用电设备工作指令接口14一端连接汽车上的用电设备，和（或）与行车电脑（ECU）连接，一端连接控制模块11，所述电压监测模块15一端连接汽车电瓶，一端连接控制模块11，所述受控开关16第一端与汽车电瓶连接，第二端连接用电设备，并且其受控端连接到控制模块11，所述报警装置17连接到控制模块11。

各组成部分的功能如下所述：

所述汽车运行状态监测模块12提供电门开启或关闭信号、汽车行驶、停驶状态信号给控制模块11，对于燃油汽车还提供停车怠速时行车电脑（ECU）增加喷油量的异常信号给控制模块11。

所述用电设备工作指令接口14通过与用电设备的连接，和（或）与行车电脑（ECU）连接，采集用电设备启用或关闭状态指令信号给控制模块11。

所述电压监测模块15采集汽车电瓶端电压数据，通过A/D转换，输出给控制模块11进行运算。

所述控制模块11接收汽车运行状态监测模块12、用电设备工作指令接口14的信号和电压监测模块15输送过来的汽车电瓶端电压数据，并经比较、运算、处理，输出控制信号给受控开关16和报警装置17。

所述受控开关16接收到控制模块11的控制信号后断开或闭合，从而断开或者接通用电设备的电源。

所述报警装置17在接收到控制模块11的控制信号后发出报警。

该汽车电路故障智能保护装置的工作原理如下所述：

1、对于燃油汽车，当汽车电门关闭，汽车发电机刚停止工作时，汽车用电设备均处于关闭或待机状态，汽车电瓶端电压下降缓慢，对于电动汽车在汽车电门关闭一定时间内由于负载（驱动马达）断电甚至出现电压升高即△V/t为负值，亦即电压变化速率△V/t远小于设定的基准电压变化速率△V0/t，控制模块11不动作。

2、当汽车电门关闭，用电设备启动时（如遥控升降车窗、开启警告灯等），用电设备工作指令接口14输出工作指令给控制模块11，根据前述判断方法，控制模块11不动作。但当控制模块11经运算，汽车电瓶端电压开始下降时起在nt周期内累计电压变化量△V大于△V1时，控制模块11忽略用电设备工作指令接口14的工作指令信号，依然控制受控开关16断开，防止该用电设备本身局部短路而不能及时断电，引发误判。

3、当汽车电门关闭时，用电设备工作指令接口14未接收到用电设备的工作指令信号，只要汽车电瓶端电压出现异常变化（例如带有容性负载的线路接触不良），控制模块11输出控制信号给受控开关16，受控开关16断开，从而切断电源连接，防止因线路短路、用电设备局部短路或接触不良而引起自燃事故。

4、当汽车电门关闭时，本发明装置还可以通过增加设定不同的电压变化速率△V0/t，判断用电设备存在漏电等故障并采取相应措施，如通过报警装置17告知存在漏电故障等；若汽车电瓶电压下降到某警戒值时切断电源连接，防止电瓶因漏电亏电而导致不能正常启动或行驶。

5、对于电动汽车电门开启、汽车未行驶时，以及对于燃油汽车当汽车电门开启、汽车发动机未发动时本装置判断短路等故障原理及采取的措施如前述，不再赘述；对于燃油汽车在停车怠速时，由于用电设备无较大负荷，若存在短路故障必然引起发电机负荷增大，行车电脑（ECU）会控制增加喷油量，比正常怠速喷油量高，汽车运行状态监测模块（12）发出异常信号给控制模块（11），控制模块（11）输出控制信号给受控开关（16），受控开关（16）断开。

6、当汽车电门开启、汽车行驶时，判断存在短路或用电设备过流的工作原理同前述，但车辆行使过程中汽车电瓶端电压因各种诱因导致电压变化复杂，且车辆行驶中某些影响行驶安全的汽车电子设备断电有巨大安全隐患，为防止误判或因存在短路或过流故障切断电源而影响行驶安全，本装置在汽车行驶时，只对汽车电瓶端电压进行监视、报警而不采取断电措施，或只对不影响行驶安全的用电设备采取断电措施。若控制模块11经运算汽车电瓶端电压变化速率△V/t大于△V0/t，或nt周期内累计电压变化量△V0大于△V1时，控制模块11发出控制信号给报警装置17，提醒用户停车，停车后若仍存在短路或过流故障，控制模块11输出控制信号给受控开关16，及时切断电源连接。

7、受控开关16状态恢复。受控开关16可设计成人工恢复和自动恢复两种方式：

7.1、当设计成人工恢复时，请参阅图3，本装置的工作电源接在受控开关16第二端。其优点是当短路故障发生，受控开关16断开后并锁止，本装置即失电，即使车辆长期停放，也不会消耗汽车电瓶电能。缺点是在短路故障排除后，需人工开启锁止机构恢复受控开关16接通。

7.2、当设计成自动恢复时，在受控开关16两端并联检测电阻，请参阅图4，本装置的工作电源接在受控开关16的第一端，直接与汽车电瓶连接。当短路故障发生，受控开关16断开，短路电流通过检测电阻，限制短路电流在极小的安全电流范围内，检测电阻压差约等于汽车电瓶端电压，此时电压监测模块15的输出电压约为0V，控制模块11仍然输出断电信号给受控开关16，保持受控开关16处于断开状态。当短路故障排除后，检测电阻两端压差减小，此时电压监测模块15的输出电压约等于汽车电瓶端电压，控制模块11输出信号给受控开关16，控制受控开关16接通。其缺点是如果汽车长期停放，当发生短路故障时，受控开关16断开后，本装置会持续消耗电能而损伤汽车电瓶。优点是短路故障排除后无需人工恢复。

8、本发明装置可通过增加控制模块11输出端口、受控开关16数量，或直接利用汽车原有继电器，实现多路控制。当实现多路控制时，可区分汽车行驶中可断电电路和不可断电电路分别控制，对于汽车行驶中不可断电电路按前述控制方案；对于汽车行驶中可断电电路，根据用电设备优先级依次逐个断开，至断开存在短路故障的线路后停止断开。对于受控开关为自动恢复类型时，恢复没有故障的电路连接。

Claims (10)

1.一种汽车电路故障甄别方法，其特征在于：利用汽车电路线路短路、外接不同的负载时引起汽车电瓶端电压的变化速率不同，设定基准电压变化量及变化速率，通过检测汽车电瓶端电压变化量与变化速率，与基准电压变化量及变化速率比较，判断线路故障。

2.如权利要求1所述的汽车电路故障甄别方法，其特征在于：设定基准电压变化量为△V0，在固定时间间隔t内的基准变化速率为△V0/t，其值设定略小于短路状态的汽车电瓶端电压变化速率，当汽车电瓶端电压发生变化时，计算固定时间间隔t内电压变化速率△V/t，将该电压变化速率与基准电压变化速率△V0/t进行比较，当△V/t大于△V0/t时，作为判断存在短路故障的依据。

3.如权利要求1所述的汽车电路故障甄别方法，其特征在于：当汽车停驶时，各用电设备处于待机状态，当汽车电瓶端电压存在异常波动时，亦即△V/t正、负交替时，则判断为线路接触不良。

4.如权利要求1所述的汽车电路故障甄别方法，其特征在于：当汽车电瓶端电压变化速率△V/t小于等于△V0/t，且在nt周期内如果△V/t出现连续负值，则判断为正常设备启动或负载载荷正常变化。

5.如权利要求1所述的汽车电路故障甄别方法，其特征在于：若△V/t远小于△V0/t则判断为正常状态。

6.如权利要求1所述的汽车电路故障甄别方法，其特征在于：参考汽车各用电设备正常工作时引起汽车电瓶端电压变化量设定相应的下限值，设定下限电压变化量为△V1，从汽车电瓶端电压开始下降时起在nt周期内累计电压变化量△V大于△V1时，则判断为存在过流。

7.如权利要求1至6任一项所述的汽车电路故障甄别方法，其特征在于：该汽车电路故障甄别方法使用智能保护装置来实现，该智能保护装置包括控制模块（11）、汽车运行状态监测模块（12）、用电设备工作指令接口（14）、电压监测模块（15）、受控开关（16），所述汽车运行状态监测模块（12）一端连接汽车的行车电脑，一端连接控制模块（11），用电设备工作指令接口（14）一端连接汽车上的用电设备，一端连接控制模块（11），所述电压监测模块（15）一端连接受控开关（16）第二端，一端连接控制模块（11），所述受控开关（16）第一端连接汽车电瓶，第二端与用电设备连接，并且其受控端连接到控制模块（11）。

8.如权利要求7所述的汽车电路故障甄别方法，其特征在于：所述用电设备工作指令接口（14）同时和行车电脑连接。

9.如权利要求7所述的汽车电路故障甄别方法，其特征在于：还包括报警装置（17），所述报警装置（17）连接到控制模块（11）。

10.如权利要求7所述的汽车电路故障甄别方法，其特征在于：所述受控开关两端并联检测电阻。

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