CN111987689A - 智能保险丝盒和用于对负载进行监控的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了智能保险丝盒和用于对负载进行监控的方法。所述智能保险丝盒能够与负载连接并且具有壳体，其中，在所述壳体内布置有彼此连接的功率元件和单片机，其中，所述功率元件输出电能到所述负载处，所述单片机被构造成用于监测通过所述功率元件的电流和/或电压，以及用于控制所述功率元件的输出。

Description

智能保险丝盒和用于对负载进行监控的方法

技术领域

本发明涉及属于汽车制造技术领域，特别涉及电源分配及电路保护系统，具体而言，涉及一种智能保险丝盒和用于对负载进行监控的方法。

背景技术

传统的电源分配及电路保护系统由保险丝和继电器构成，这种系统在负载工作时，其保险丝不起作用，故保险丝的作用类似于导线。而一旦外界发生短路、过载时，电流变大，则保险丝熔断以切断电源。

也就是说，传统保险丝的电路保险系统设计，利用保险丝的熔断特性，在故障发生时，需要保险丝先于导线熔化，从而实现保护功能。为达到该目的，需要导线的T-C特性曲线必须高于保险丝的T-C特性曲线。如图1所示，其示出了传统保险丝的电路保险系统的导线和保险丝的T-C特性曲线。

这种系统集成度低、功能简单、替换方便，但是有着以下缺陷：

1. 后端导线必须与保险丝进行匹配，而不是与实际负载相匹配，故导致导线线径增大，从而引起导线成本和重量增加；

2. 这种系统无诊断功能，在故障发生时无法通知客户。

发明内容

本发明的目的在于使导线线径按照实际负载情况进行选择，有效地降低导线的成本和重量。

此外，本发明还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。

本发明通过提供一种智能保险丝盒和用于对负载进行监控的方法来解决上述问题，具体而言，根据本发明的一方面，提供了：

一种智能保险丝盒，所述智能保险丝盒能够与负载连接并且具有壳体，其中，在所述壳体内布置有彼此连接的功率元件和单片机，其中，所述功率元件输出电能到所述负载处，所述单片机被构造成用于监测通过所述功率元件的电流和/或电压，以及用于控制所述功率元件的输出。

可选地，根据本发明的一种实施方式，在所述壳体内布置有彼此连接的功率板和逻辑板，其中，所述功率板承载所述功率元件，所述逻辑板承载所述单片机和用于所述单片机的逻辑电路。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述功率板和所述逻辑板通过Pin针连接并且通过所述Pin针传递信号。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述功率板和所述逻辑板彼此重叠地布置。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述功率元件为Mosfet。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种用于对负载进行监控的方法，其中，所述方法通过上述任一种智能保险丝盒来执行，其中，将所述智能保险丝盒与所述负载连接以便通过所述功率元件输出电能到所述负载处，通过所述单片机来监测通过所述功率元件的电流和/或电压，以及控制所述功率元件的输出。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述单片机监测通过所述功率元件的电流，如果所述电流超过预设的电流阈值并且没有达到短路电流阈值，则所述单片机发出异常警报。

可选地，根据本发明的一种实施方式，如果所述电流超过预设的电流阈值并且没有达到短路电流阈值的持续时间超过预设的时间阈值，则所述单片机关闭所述功率元件的输出。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述单片机监测通过所述功率元件的电流，如果所述电流超过短路电流阈值，则所述单片机关闭所述功率元件的输出并且发出短路警报。

可选地，根据本发明的一种实施方式，在关闭所述功率元件的输出后，所述单片机周期性地打开所述功率元件的输出。

所提供的智能保险丝盒和用于对负载进行监控的方法的有益之处包括：通过可控的功率输出和检测功能，智能保险丝盒可以使得导线线径按照实际负载情况进行选择，有效地降低导线的成本和重量。

附图说明

参考附图，本发明的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，

图1示出了传统保险丝的电路保险系统的导线和保险丝的T-C特性曲线；

图2示出了根据本发明的功率元件以及由此所涉及的导线的T-C曲线与传统导线的T-C曲线的对比；

图3示出了根据本发明的智能保险丝盒的一种控制策略。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。

根据本发明的所述智能保险丝盒能够与负载连接并且具有壳体，其中，在所述壳体内布置有彼此连接的功率元件和单片机，其中，所述功率元件输出电能到所述负载处，所述单片机被构造成用于监测通过所述功率元件的电流和/或电压，以及用于控制所述功率元件的输出。

应当理解，负载是指连接在电路中的例如在电源两端的电子元件。常用的负载有电阻、引擎和灯泡等可消耗功率的元件。一般而言，把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载。而单片机通常是采用超大规模集成电路技术的一种集成电路芯片，又称单片微控制器，它不是或者说不止是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，其相当于一个微型的计算机。

由此可见，本发明的智能保险丝盒是利用（大）功率元件取代传统的保险丝和继电器，并在保险丝盒内部增加单片机，通过单片机实时监测通过（大）功率元件的电流，电压信息来实现被取代的原保险丝和继电器的作用，并进一步改进了现有技术方案的功能。在监测电压的情况下，也能够通过简单的计算来得到电流值。

智能保险丝盒利用功率元件结合软件控制，可根据实际负载要求，模拟出软件控制的T-C特性曲线，导线的T-C特性曲线只要高于软件模拟的T-C特性曲线即可，如图2所示，其示出了根据本发明的功率元件以及由此所涉及的导线的T-C曲线与传统导线的T-C曲线的对比。

之前的设计中传统导线的T-C曲线无论什么时间均要高于故障电流，以保证导线的安全。而采用了智能保险丝盒后，通过软件控制，可以得到一条更加贴近负载实际工作时的T-C曲线，如图中文字“软件控制电流”左侧的阶梯型的粗线描边所示。这样导线的T-C曲线可以下降，形成新导线的T-C曲线。而智能保险丝盒中的Mosfet曲线只要大于负载控制曲线，从而保证Mosfet能够承载负载，同时Mosfet的曲线小于导线曲线，从而保证Mosfet先于导线自动保护。

可选的是，在所述壳体内布置有彼此连接的功率板和逻辑板，其中，所述功率板承载所述功率元件，所述逻辑板承载所述单片机和用于所述单片机的逻辑电路。由此，所述功率元件与所述单片机、所述逻辑电路分层设计。

应当理解，逻辑电路是一种离散信号的传递和处理、以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路，是指完成逻辑运算的电路。其分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。其具有只分高、低电平、抗干扰力强、精度和保密性佳的特点。通过上述技术方案，可以最大程度避免功率板对逻辑板可能产生的电磁干扰（EMI）问题，并且万一功率板发生变化，也可以保证逻辑板不发生变化。

所述逻辑板和所述功率板的具体布置方式例如为，所述功率板和所述逻辑板彼此重叠地布置，由此智能保险丝盒采用了重叠设计，故还能够在获得上述技术效果的情况下具有节约空间的效果。当然，本领域技术人员能够根据实际情况、例如所述智能保险丝盒或其相关部件（功率元件、单片机、逻辑电路等）的实际大小或要带动的负载所需的能力或所述智能保险丝盒的应用环境来对所述逻辑板和所述功率板的布置方式进行改型。

在这种设计的情况下，所述功率板和所述逻辑板能够通过Pin针连接并且通过所述Pin针传递信号。其中，Pin针是连接器或连接领域中用来完成电（信号）的导电（传输）的一种构件、通常为金属物质。由此能够保证所述功率板和所述逻辑板之间的可靠的连接和信号传递。

关于所述功率元件的具体实施方式，可选的是，所述功率元件为Mosfet，包括智能Mosfet、例如英飞凌的BTS7080芯片。

参考图3，其示出了根据本发明的智能保险丝盒的一种控制策略。也就是说，根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种用于对负载进行监控的方法，其中，所述方法通过上述任一种智能保险丝盒来执行，其中，将所述智能保险丝盒与所述负载连接以便通过所述功率元件输出电能到所述负载处，通过所述单片机来监测通过所述功率元件的电流和/或电压，以及控制所述功率元件的输出。

关于本方法与之前介绍的智能保险丝盒的共通部分，还请参阅关于智能保险丝盒的描述，在此不再赘述。

所述智能保险丝盒具有正常工作模式，在其中，如果所述单片机监测的电流/电压一直在正常范围内，则不采取任何操作，因为这表明了所述负载处于正常的工作状态中。

所述单片机监测通过所述功率元件的电流，如果所述电流超过预设的电流阈值（5%-10%例如）并且没有达到短路电流阈值，则所述单片机发出异常警报（和/或告知相关模块、例如显示器），便于用户采取措施。这种状态被判断为异常状态或者故障状态，但是还没有到短路那种程度，为智能保险丝盒的异常/故障工作模式。此时，单片机可以不停地对功率元件的电流进行检测以判断故障情况是否消除。

这种情况下还可选的是，如果所述电流超过预设的电流阈值并且没有达到短路电流阈值的持续时间超过预设的时间阈值（例如3秒），则所述单片机关闭所述功率元件的输出。这种情况也属于智能保险丝盒的异常/故障工作模式。然而这种情况下表明了目前负载所出现的异常/故障暂时无法在短期内得到消除或解决，由此所述单片机关闭所述功率元件的输出，以防止异常或故障持续发生下去。

在本方法中，所述单片机还能够监测通过所述功率元件的电流，如果所述电流超过短路电流阈值，则所述单片机关闭所述功率元件的输出并且发出短路警报（和/或告知相关模块、例如显示器），便于用户采取措施。这种模式称为短路工作模式，在这种情况下，所述单片机立刻关闭所述功率元件的输出，以避免由于短路的发生所引发的潜在危险。

在关闭所述功率元件的输出后，为了获知在此之后是否已经解决了异常、故障或短路的情况，所述单片机周期性例如5s打开一次所述功率元件的输出。这种模式称为监测工作模式。例如所述单片机通过周期性吸合功率元件以判断上述情况是否消失。

综上所述，本发明涉及一种基于功率元件的智能保险丝盒，其利用（大）功率元件取代传统的保险丝和继电器，并在保险丝盒内部增加单片机，通过单片机实时监测通过大功率元件的电流、电压信息，结合软件控制，当外界一旦发生异常，可由单片机控制功率元件输出。由于智能保险丝盒对负载电流监测和控制，可帮助导线按照实际负载要求来选择对应的导线。创新点包括：1. 软件模拟控制的T-C曲线；2. 上下层叠加的保险丝盒设计；3.（大）功率元件取代保险丝和继电器。

应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本发明的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本发明的法律保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能保险丝盒，所述智能保险丝盒能够与负载连接并且具有壳体，其特征在于，在所述壳体内布置有彼此连接的功率元件和单片机，其中，所述功率元件输出电能到所述负载处，所述单片机被构造成用于监测通过所述功率元件的电流和/或电压，以及用于控制所述功率元件的输出。

2.根据权利要求1所述的智能保险丝盒，其特征在于，在所述壳体内布置有彼此连接的功率板和逻辑板，其中，所述功率板承载所述功率元件，所述逻辑板承载所述单片机和用于所述单片机的逻辑电路。

3.根据权利要求2所述的智能保险丝盒，其特征在于，所述功率板和所述逻辑板通过Pin针连接并且通过所述Pin针传递信号。

4.根据权利要求2所述的智能保险丝盒，其特征在于，所述功率板和所述逻辑板彼此重叠地布置。

5.根据权利要求1所述的智能保险丝盒，其特征在于，所述功率元件为Mosfet。

6.一种用于对负载进行监控的方法，其特征在于，所述方法通过根据权利要求1-5中任一项所述的智能保险丝盒来执行，其中，将所述智能保险丝盒与所述负载连接以便通过所述功率元件输出电能到所述负载处，通过所述单片机来监测通过所述功率元件的电流和/或电压，以及控制所述功率元件的输出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单片机监测通过所述功率元件的电流，如果所述电流超过预设的电流阈值并且没有达到短路电流阈值，则所述单片机发出异常警报。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述电流超过预设的电流阈值并且没有达到短路电流阈值的持续时间超过预设的时间阈值，则所述单片机关闭所述功率元件的输出。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单片机监测通过所述功率元件的电流，如果所述电流超过短路电流阈值，则所述单片机关闭所述功率元件的输出并且发出短路警报。

10.根据权利要求7或9所述的方法，其特征在于，在关闭所述功率元件的输出后，所述单片机周期性地打开所述功率元件的输出。

Images