CN112736842A - 多模态智能电子熔断器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多模态智能电子熔断器及其控制方法，用以控制电源与负载模块之间的通断，包括一控制单元和控制开关，控制开关的一端通过第一采集模块与电源连接，另一端通过第二采集模块与负载模块连接，第一采集模块采集电源与控制开关之间的第一电压值、第二采集模块采集控制开关与负载模块之间的第二电压值及电流值，控制单元根据第一电压值、第二电压值及电流值控制所述控制开关的开合。本发明可以覆盖多模态的负载模块在各种工况下的故障模式，并提供精确的且有针对性的故障响应逻辑，有效降低电路失效。

Description

多模态智能电子熔断器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种多模态智能电子熔断器及其控制方法。

背景技术

在电动汽车领域，随着电子控制器电路复杂性的增加，对功能安全的要求也不断提高。传统保险丝在处理短路、过载等故障时，表现出故障判断不灵活、故障检修不方便、故障动作反应慢、功能安全等级低等问题，以及在一些恶劣环境应用场景中(如高温环境)，保险丝还会出现老化、电流承载能力降低、熔断时间不可控等导致性能衰减的情况，因此，保险丝逐渐不能作为一种唯一的故障保护措施进行配置。

随着电子控制器电路的集成度提高，工作模式也日趋多样化，在不同的负载模态下，需要提供的功率差异越发明显。传统保险丝在这些应用场合已经不能胜任，一般依靠增加电路的设计裕量实现安全保障，由此不仅会产生过设计及额外成本，同时也不能识别不同工作模式下的负载故障并高效、准确的完成相应的故障处理机制，不具备关断路径检测的控制策略，不能满足电动汽车领域高可靠性、高功能安全等级设计的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多模态智能电子熔断器及其控制方法，能够实现对多模态负载工作在不同模态下的短路工况及过载工况的智能保护，规避了传统保险丝故障处理机制单一、不灵活、不可调节等问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种多模态智能电子熔断器，用以控制电源与负载模块之间的通断，其特征在于，所述多模态智能电子熔断器包括一控制单元和控制开关，所述控制开关的一端通过第一采集模块与所述电源连接，另一端通过第二采集模块与所述负载模块连接，所述第一采集模块采集所述电源与所述控制开关之间的第一电压值，所述第二采集模块采集所述控制开关与所述负载模块之间的第二电压值及电流值，所述控制单元根据所述第一电压值、第二电压值及电流值控制所述控制开关的开合。

可选的，所述第一采集模块通过第一调理电路模块与所述控制单元连接，所述第二采集模块通过第二调理电路模块与所述控制单元连接，所述第一调理电路模块及第二调理电路模块将所述第一电压值、第二电压值及电流值进行放大及滤波处理后传输至所述控制单元。

可选的，所述第一采集模块为电压传感器，所述第二采集模块为电压与电流传感器。

可选的，所述多模态智能电子熔断器还包括报警模块，所述控制单元控制所述报警模块发出故障报警。

本发明还提供了一种多模态智能电子熔断器控制方法，包括：

提供如上所述的多模态智能电子熔断器；

控制单元接收第一采集模块采集的第一电压值、第二采集模块采集的第二电压值及电流值，并根据所述第一电压值、第二电压值及电流值，控制所述多模态智能电子熔断器的控制开关的开合。

可选的，所述控制开关闭合时，所述控制单元比较所述第一采集模块采集的第一电压值与所述第二采集模块采集的第二电压值之间的差值，若所述差值小于所述第一设定阈值，则所述控制单元保持所述控制开关闭合；反之，则所述控制单元打开所述控制开关。

可选的，所述控制单元监控所述第二采集模块的第二电压值和电流值，当所述第二采集模块采集的电流值大于第二设定阈值，判定所述负载模块发生短路故障，所述控制单元打开所述控制开关。

可选的，当所述第二采集模块采集的第二电压值和电流值之积大于第三设定阈值，判定所述负载模块处于过载状态，待计时达到一设定时间阈值时，所述控制单元打开所述控制开关。

可选的，若所述第二采集模块采集的第二电压值和电流值皆为零，则判定所述负载模块发生过载故障，所述控制单元打开所述控制开关；反之，若所述第二采集模块采集的第二电压值和/或电流值不为零，则判定所述第二采集模块发生故障，所述控制单元根据工况打开或闭合所述控制开关。

可选的，当判定所述负载模块发生短路故障或过载故障时，所述控制单元发出负载故障报警；当判定所述第二采集模块发生故障时，所述控制单元发出熔断器损坏故障报警。

本发明通过在所述电源与负载模块之间设置第一采集模块、控制开关及第二采集模块，由控制单元根据所述第一采集模块采集的第一电压值和所述第二采集模块采集的第二电压值及电流值来控制所述控制开关的开合，可以覆盖多模态的负载模块在各种工况下的故障模式，并提供精确且有针对性的故障响应逻辑，有效降低电路失效，满足高可靠性、高功能安全等级的设计需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多模态智能电子熔断器的电路拓扑设计示意图；

图2为本发明实施例提供的多模态智能电子熔断器的控制方法的流程图；

图中：1-电源；2-第一采集模块；3-控制开关；4-第二采集模块；5-负载模块；6-第一调理电路模块；7-控制单元；8-第二调理电路模块。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，一种多模态智能电子熔断器，用以控制电源1与负载模块5之间的通断，所述多模态智能电子熔断器包括一控制单元7和控制开关3，所述控制开关3的一端通过第一采集模块2与所述电源1连接，另一端通过第二采集模块4与所述负载模块5连接，所述第一采集模块2采集所述电源1与所述控制开关3之间的第一电压值，所述第二采集模块4采集所述控制开关3与所述负载模块5之间的第二电压值及电流值，所述控制单元7根据所述第一电压值、第二电压值及电流值控制所述控制开关3的开合。

进一步的，所述第一采集模块2通过第一调理电路模块6与所述控制单元7连接，所述第二采集模块4通过第二调理电路模块8与所述控制单元7连接，所述第一调理电路模块6及第二调理电路模块8将所述第一电压值、第二电压值及电流值进行放大及滤波处理后传输至所述控制单元7。

具体的，所述电源1的一端接地，另一端与所述第一采集模块2连接；所述负载模块5的一端接地，另一端与所述第二采集模块4连接。所述第一采集模块2采集的第一电压值经所述第一调理电路模块6处理，所述第二采集模块4采集的第二电压值及电流值经所述第二调理电路模块8进行放大及滤波处理，二者经过采样后，传输至所述控制单元7，所述控制单元7与所述控制开关3连接，能够控制所述控制开关3的打开或闭合。

进一步的，所述第一采集模块2为电压传感器，采集所述电源1与所述控制开关3之间的第一电压值；所述第二采集模块4为电压与电流传感器，采集所述控制开关3与所述负载模块5之间的第二电压值及电流值。

并且，所述负载模块发生短路故障或过载故障时，所述控制单元打开所述控制开关；所述第二采集模块发生故障时，所述控制单元根据工况打开或闭合所述控制开关。

进一步的，所述多模态智能电子熔断器还包括报警模块，所述控制单元控制所述报警模块发出故障报警。

具体的，所述控制单元7计算所述第一采集模块2采集的第一电压值及第二采集模块4采集的第二电压值之间的差值，并将所述差值与第一设定阈值比较，以此来判定所述多模态智能电子熔断器是处于正常工作状态或发生故障。所述第一设定阈值可以根据实际电路设计选取的元器件精度，综合考虑后确定。

本发明还提供了一种多模态智能电子熔断器控制方法，包括：

提供如上所述的多模态智能电子熔断器；

控制单元7接收第一采集模块2采集的第一电压值、第二采集模块采集的第二电压值及电流值，并根据所述第一电压值、第二电压值及电流值，控制所述多模态智能电子熔断器的控制开关3的开合。

具体的，参阅图2，根据所述第一采集模块2采集的第一电压值、第二采集模块4采集的第二电压值及电流值，判定所述多模态智能电子熔断器所处的工作模式，根据负载工作的不同工作模式、能量消耗水平进行模式划分。

进一步的，所述控制开关3闭合时，所述控制单元7比较所述第一采集模块2采集的第一电压值与所述第二采集模块4采集的第二电压值之间的差值，若所述差值小于所述第一设定阈值，则所述控制单元7保持所述控制开关3闭合；反之，则所述控制单元7打开所述控制开关3。

具体的，初次上电时，控制单元7使所述控制开关3打开，检测所述第二采集模块4所采集的第二电压值和电流值均为零。之后，控制单元7使所述控制开关3闭合，并由控制单元7计算所述第一采集模块2采集的第一电压值与所述第二采集模块4采集的第二电压值之间的差值，若所述差值小于所述第一设定阈值，则所述控制单元7保持所述控制开关3闭合，并进入正常工作模式，所述多模态智能电子熔断器可以进行正常工作；反之，若所述差值大于或等于所述第一设定阈值，则所述控制单元7打开所述控制开关，并进入故障模式。

通过在电路初始化时，快速打开或闭合所述控制开关3，对电流、功耗进行监测，实现关断路径检测，可有效确认故障保护电路电路工作正常，规避了传统保险丝老化失效的问题。

进一步的，所述控制单元7监控所述第二采集模块4采集的第二电压值和电流值。具体的，在正常工作模式下，所述控制开关3处于闭合状态，所述控制单元7实时监控所述第二采集模块4所采集的第二电压值和电流值，并根据不同的负载工作模式，在电路设计的保护要求下，进行保护策略判断。

进一步的，当所述第二采集模块4采集的电流值大于第二设定阈值，判定所述负载模块5发生短路故障，所述控制单元7打开所述控制开关3。

具体的，当由所述第二采集模块4采集的电流值计算得出所述负载模块5处于短路状态时，如所述第二采集模块4采集的电流值为正常工作状态的电流值的2倍、3倍等，则所述控制单元7立即打开所述控制开关3，并设置进入负载故障模式。

进一步的，当所述第二采集模块4采集的第二电压值和电流值之积大于第三设定阈值，判定所述负载模块5处于过载状态，待计时达到一设定时间阈值时，所述控制单元7打开所述控制开关3。

具体的，根据所述第二采集模块4采集的第二电压值和电流值，判定所述负载模块5的工作状态，当由所述第二采集模块4采集的第二电压值和电流值计算得出所述负载模块5处于过载状态时，如所述第二采集模块4采集的第二电压值和电流值的乘积值为正常工作状态的乘积值的1.5倍，则所述控制单元7开始计时，当计时满足所设定的时间阀值时，则打开所述控制开关3，并设置进入故障预判定模式。

进一步的，若所述第二采集模块4采集的第二电压值和电流值皆为零，则判定所述负载模块5发生过载故障，所述控制单元7打开所述控制开关3；反之，若所述第二采集模块4采集的第二电压值和/或电流值不为零，则判定所述第二采集模块4发生故障，所述控制单元7根据工况打开或闭合所述控制开关3。

具体的，当所述控制单元进入故障预判定模式后，所述控制开关3处于打开状态，根据所述第二采集模块4采集的第二电压值和电流值是否皆为零，来判定故障发生的情况。若所述第二采集模块4采集的第二电压值和电流值均为零，则判定故障发生在所述负载模块5，并且可以判定所述负载模块5是发生了过载故障，此时，所述控制单元7维持控制开关3处于打开状态，并进入负载故障模式；若所述第二采集模块4采集的第二电压值和/或电流值不为零，则判定故障发生在所述第二采集模块4，即所述多模态智能电子熔断器的电路发生了故障，根据预设故障处理要求及实际工况，所述控制单元7使所述控制开关3执行打开或闭合，并进入熔断器故障模式。

进一步的，当判定所述负载模块5发生短路故障或过载故障时，所述控制单元7发出负载故障报警；当判定所述第二采集模块4发生故障时，所述控制单元7发出熔断器损坏故障报警。

具体的，所述故障模式分为负载故障模式和熔断器故障模式，当判定所述负载模块5发生短路故障或负载故障时，所述控制单元7进入负载故障模式，控制单元7发出负载故障报警，包括短路故障报警或过载故障报警，且控制所述控制开关3处于打开状态；当判定所述第二采集模块4发生故障时，所述控制单元7进入熔断器故障模式，控制单元7发出熔断器损坏故障报警，并根据预设故障处理要求及实际工况，控制所述控制开关3执行打开或闭合。

本实施例中，所述控制开关3采用的是半导体开关，通过采用半导体开关作为关断器件，可以实现精准故障响应，规避了传统保险丝老化、高温衰减、切断时间慢、切断时间不可控及不可恢复等问题。切断时间由毫秒级提高至微秒级，故障清除后可控制恢复，提高电路运行鲁棒性。所述控制开关3也可以采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、三极管及继电器来实现。

所述多模态智能电子熔断器也可以用于信号传输电路、功率传输电路的过载和过流保护控制，其控制方法不限定为对电压值和电流值的采集和计算，也可以采用计算功耗、采集温度作为故障阀值判断标准。

根据负载工作的不同工作模式、能量消耗水平进行模式划分，工作模式1…工作模式X，确认电路模块1…电路模块X的能耗；根据不同的工作模式和电路模块组合，在各个工况下，分别考虑样品散差，通过标准平方差计算各个工况的功耗极小值和极大值，并根据实际电路设计选取的元器件精度，综合考虑后确立第一设定阀值、第二设定阈值及第三设定阈值。确定负载模块的不同故障(超过阀值极大值，极小值)及电路功能实现要求，定义故障处理机制和相关执行器的动作及动作时间要求。

通过多模态智能电子熔断器控制方法，采集供电电流、电压和负载工作模式，可根据预设不同工作模式下的切断阀值/恢复机制、延时动作时间，规避了传统保险丝故障处理机制单一、不灵活、不可调节等问题。

综上，在本发明实施例提供的多模态智能电子熔断器及其控制方法中，通过控制单元根据所述第一采集模块采集的第一电压值和所述第二采集模块采集的第二电压值及电流值来控制所述控制开关的开合，通过计算多模态负载电路不同工作模式的能耗需求，可以覆盖多模态的负载模块在各种工况下的故障模式，并提供精确且有针对性的故障响应逻辑，有效降低电路失效，满足高可靠性、高功能安全等级的设计需求。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多模态智能电子熔断器，用以控制电源与负载模块之间的通断，其特征在于，所述多模态智能电子熔断器包括一控制单元和控制开关，所述控制开关的一端通过第一采集模块与所述电源连接，另一端通过第二采集模块与所述负载模块连接，所述第一采集模块采集所述电源与所述控制开关之间的第一电压值，所述第二采集模块采集所述控制开关与所述负载模块之间的第二电压值及电流值，所述控制单元根据所述第一电压值、第二电压值及电流值控制所述控制开关的开合。

2.如权利要求1所述的多模态智能电子熔断器，其特征在于，所述第一采集模块通过第一调理电路模块与所述控制单元连接，所述第二采集模块通过第二调理电路模块与所述控制单元连接，所述第一调理电路模块及第二调理电路模块将所述第一电压值、第二电压值及电流值进行放大及滤波处理后传输至所述控制单元。

3.如权利要求2所述的多模态智能电子熔断器，其特征在于，所述第一采集模块为电压传感器，所述第二采集模块为电压与电流传感器。

4.如权利要求1所述的多模态智能电子熔断器，其特征在于，所述多模态智能电子熔断器还包括报警模块，所述控制单元控制所述报警模块发出故障报警。

5.一种多模态智能电子熔断器的控制方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求1-4中任一项所述的多模态智能电子熔断器；

控制单元接收第一采集模块采集的第一电压值、第二采集模块采集的第二电压值及电流值，并根据所述第一电压值、第二电压值及电流值，控制所述多模态智能电子熔断器的控制开关的开合。

6.如权利要求5所述的多模态智能电子熔断器的控制方法，其特征在于，所述控制开关闭合时，所述控制单元比较所述第一采集模块采集的第一电压值与所述第二采集模块采集的第二电压值之间的差值，若所述差值小于所述第一设定阈值，则所述控制单元保持所述控制开关闭合；反之，则所述控制单元打开所述控制开关。

7.如权利要求6所述的多模态智能电子熔断器的控制方法，其特征在于，所述控制单元监控所述第二采集模块采集的第二电压值和电流值，当所述第二采集模块采集的电流值大于第二设定阈值，判定所述负载模块发生短路故障，所述控制单元打开所述控制开关。

8.如权利要求7所述的多模态智能电子熔断器的控制方法，其特征在于，当所述第二采集模块采集的第二电压值和电流值之积大于第三设定阈值，判定所述负载模块处于过载状态，待计时达到一设定时间阈值时，所述控制单元打开所述控制开关。

9.如权利要求8所述的多模态智能电子熔断器的控制方法，其特征在于，若所述第二采集模块采集的第二电压值和电流值皆为零，则判定所述负载模块发生过载故障，所述控制单元打开所述控制开关；反之，若所述第二采集模块采集的第二电压值和/或电流值不为零，则判定所述第二采集模块发生故障，所述控制单元根据工况打开或闭合所述控制开关。

10.如权利要求9所述的多模态智能电子熔断器的控制方法，其特征在于，当判定所述负载模块发生短路故障或过载故障时，所述控制单元发出负载故障报警；当判定所述第二采集模块发生故障时，所述控制单元发出熔断器损坏故障报警。

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