CN115291144A - 估计熔断器元件的老化状态的方法和电熔断器维护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种估计熔断器元件老化状态的方法和电熔断器维护系统，该电熔断器维护系统(10)包括：传感器装置(18a,18b,20a,20b,22,24)，其适于测量流过熔断器元件(14a,14b)的电流(I1,I2)、熔断器元件(14a,14b)上的电压(V1,V2)、熔断器元件(14a,14b)的温度(T1,T2)和/或熔断器元件(14a,14b)周围环境的温度(T0)，控制器(30)，其被配置成在熔断器元件(14a,14b)连接到通电的电功率单元(12a,12b)时在一段时间内监测所述电流(I1,I2)、所述电压(V1,V2)、所述温度(T0,T1,T2)，其特征在于，基于监测的电流(I1,I2)、电压(V1,V2)和温度(T0,T1,T2)，该控制器(30)适于估计熔断器元件(14a,14b)的剩余使用寿命。

Description

估计熔断器元件的老化状态的方法和电熔断器维护系统
技术领域
本发明涉及一种用于估计设置在车辆熔断器盒内的熔断器元件的老化状态的方法和可以在机动车辆的电气系统中使用的电熔断器维护系统。
尽管将针对卡车来详细描述本发明，但本发明不限于这种特定的机动车辆，而是也可用在其它机动车辆中，例如公共汽车或建筑设备，或者任何设有诸如电发动机或热发动机或静液压驱动器的运动系统的车辆。
背景技术
从现有技术中已知，通过安装电熔断器来保护重型车辆的电气系统免受电池系统内的过高工作电流的影响。由于在其可靠性、安全性、性能和使用寿命方面对当前的电气系统提出的要求不断提高，电熔断器是不可或缺的。典型地，熔断器被安装成在过电流的情况下烧毁，因此旨在防止由于可能的短路而破坏电气系统。
熔断器应该具有长的使用寿命。然而，熔断器的使用寿命可能随着时间而变化，这是不同参数的结果，例如熔断器的温度、流过熔断器的电流或熔断器两端的电压。因此，出于安全原因，希望预测熔断器的可用剩余使用寿命，以便在熔断器必须被更换时警告机动车辆的用户。
在现有技术中，已经提出了基于作用在熔断器上的电气变量和/或非电气变量的实际值的记录的监测方法。特别地，EP 3 422 028公开了一种包括用于电熔断器的诊断系统的车辆，该诊断系统涉及基于感测到的电压和电流值来确定电阻值。鉴于熔断器的内阻非常低，此文献中公开的监测方法需要极其精确的电压和电流测量值。因此，这种方法执行起来太复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于估计熔断器元件的老化状态的方法和一种预测被监测的熔断器的寿命结束并避免现有技术的上述缺点的电熔断器维护系统。该目的通过一种用于估计设置在车辆熔断器盒内的熔断器元件的老化状态的方法来实现，该方法具有多个步骤，包括：
a)测量并监测流过每个熔断器的电流；
b)每当流过熔断器的电流超过熔断器额定值(例如30A)时，递增一次计数，所述计数对应于由该熔断器经受的电流峰值的使用者；
c)从预先建立的模型中提取该熔断器所能承受的电流峰值的阈值次数；
d)将熔断器的老化状态确定为在步骤b)中计算出的计数与在步骤c)中提取的阈值次数之间的商，当所述商达到100％时，认为熔断器已报废。
该目的还通过一种电熔断器维护系统来实现，该电熔断器维护系统包括：
-传感器装置，该传感器装置适于测量流过熔断器元件的电流、熔断器元件上的电压、熔断器元件的温度和/或熔断器元件周围的环境的温度，
-控制器，该控制器被配置成：在所述熔断器元件连接到通电的电功率单元的同时，在一段时间内监测所述电流、所述电压、所述温度，
其特征在于，基于所监测到的电流、电压和温度，所述控制器适于估计熔断器元件的剩余使用寿命。
通过如此配置，本发明的方法和系统允许预测熔断器的可用剩余使用寿命，而不涉及精确的变量测量或复杂的诊断方法。
在以下描述中公开了本发明的进一步的优点和有利特征。
附图说明
参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例更详细描述。
在这些图中：
图1示出了包括根据本发明的电气系统的机动车辆，特别是卡车，
图2是根据本发明的电气系统的示意图，
图3示出了在图1所示的熔断器元件的运行期间可以产生的脉冲电流的示例，并且
图4是刀片式熔断器元件的脉冲循环承受能力的图。
具体实施方式
参考附图，其中，在多个视图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件，图1示出了配备有电气系统100的诸如卡车的机动车辆110。如图2中所示，电气系统100包括：第一电压供应单元12a，该第一电压供应单元12a被配置成经由第一熔断器元件14a向第一电气负载16a供应24V电压；以及第二电压供应单元12b，该第二电压供应单元12b被配置成经由第二熔断器元件14b向第二负载16b供应12V电压。应当理解，本发明不限于该具体实施例。特别地，可以采用任意数量的电压供应单元、负载和/或熔断器元件。
第一熔断器元件14a和第二熔断器元件14b被配置成：如果分别流过所述第一熔断器元件和所述第二熔断器元件的电流I1和I2超过预定值，则第一熔断器元件14a和第二熔断器元件14b升高到更高的温度，并且可以直接熔断或间接地使另一个部件熔断，从而断开电路。可以采用使用了本领域普通技术人员已知的任何类型的机构的、任意类型的熔断器元件。
电气系统100还包括根据本发明的电熔断器维护系统10。电熔断器维护系统10包括多个传感器，所述多个传感器适于测量作用在熔断器元件14a、14b上的电气变量和非电气变量。
特别地，可以分别经由第一电流传感器18a和第二电流传感器18b来测量电流I1和I2。
可以分别经由第一电压传感器20a和第二电压传感器20b测量第一熔断器元件14a上的电压V1和第二熔断器元件14b上的电压V2，该第一电压传感器20a和第二电压传感器20b布置在将第一电压供应单元12a和第二电压供应单元12b分别电连接到第一熔断器元件14a和第二熔断器元件14b的线路与将第一负载16a和第二负载16b连接到地13的线路之间。
温度传感器22可以测量第一熔断器元件14a的温度T1和第二熔断器元件14b的温度T2。此外，环境温度传感器24可以测量环境温度T0。
电熔断器维护系统10还包括控制器30，该控制器30被可操作地连接到所述传感器18a、18b、20a、20b、22和24以及车辆110的各种其它部件。该控制器被配置成：在一段时间内监测电流I1、I2、电压V1、V2和温度T0、T1、T2，并基于所监测到的变量来估计熔断器元件14a、14b的剩余使用寿命。
特别地，控制器30具有计算设备31和非瞬时存储器32，在该存储器32上记录有用于执行估计熔断器元件14a、14b的剩余使用寿命的方法的数据和指令。控制器30可以是车辆110的其它控制模块(例如发动机控制模块)的一体部分，或者是被可操作地连接到车辆110的所述其它控制模块的独立模块。
为了估计熔断器元件14a、14b的剩余使用寿命，控制器30可以确定对熔断器元件14a、14b的使用寿命有直接影响的特殊特征。
特别地，已知熔断器元件通常会受到瞬态浪涌或脉冲电流的影响，该瞬态浪涌或脉冲电流由在电流-时间曲线上的电流峰值和波形形态来表征。图3中示出了这种脉冲电流的示例。该脉冲电流具有正弦波形曲线。它由峰值电流IC和持续时间t限定。脉冲电流可以产生热能，该热能可能足够大以断开熔断器元件，但可能导致元件疲劳并减少熔断器元件的使用寿命。控制器30的计算设备31可以通过使用公式E＝IC 2 t来计算由该脉冲电流产生的脉冲能量E。一旦计算出该脉冲能量，就可以确定熔断器承受脉冲电流而不对该熔断器元件造成热应力的能力。图4是刀片式熔断器元件的脉冲循环承受能力的图。该图指示了基于计算出的脉冲的脉冲能量E的、熔断器元件所能承受的脉冲次数。类似的图可用于其它熔断器类型。此外，对于其它脉冲波形，可以计算出脉冲能量E。
也可以对熔断器元件两端的电压和/或熔断器元件的温度进行类似的计算。特别地，控制器30可以确定电流-时间曲线的电流峰值和/或波形、电压-时间曲线的电压峰值和/或波形、和/或当所述电流峰值和/或电压峰值出现时所述熔断器元件的温度、和/或在确定的时间段期间所述熔断器元件的最高温度和/或最低温度。事实上，这样的特征可能对熔断器元件的使用寿命有直接影响。在确定所述特征之后，控制器30将它们传送到计算设备31，该计算设备31适于实现算法以估计熔断器元件的剩余使用寿命。特别地，控制器30适于确定其中电压V1或V2和/或温度T1或T2高于或低于阈值的时间段内的具体时间区域(speific areas of times)，并且所述计算设备31适于计算所述具体时间区域的持续时间。
计算设备31适于将计算出的脉冲能量E和/或计算出的持续时间关联到所述算法中，以估计熔断器元件的剩余使用寿命。
此外，控制器30适于将熔断器元件的估计剩余使用寿命与记录在非暂时存储器32中的理论极限值进行比较，并在熔断器元件的所述估计剩余使用寿命低于所述理论极限值时产生告警警报。
如图2中所示，控制器30适于将关于熔断器元件14a、14b的估计剩余使用寿命的信息传送到电池系统100的特定模块34、36、38。特别地，第一模块34适于向车辆的用户显示对应的信息。第二模块36适于实现诊断程序。第三模块38适于经由远程信息处理网关将信息发送到远程系统。
应当理解，本发明不限于上文描述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。

Claims (22)

1.一种用于估计设置在车辆熔断器盒内的熔断器元件(14a,14b)的老化状态的方法，所述方法具有多个步骤，包括：
a)测量并监测流过每个熔断器元件(14a,14b)的电流(I1,I2)；
b)每当流过所述熔断器元件(14a,14b)的电流(I1,I2)超过熔断器额定值时，递增一次计数，所述计数对应于由所述熔断器元件(14a,14b)经受的电流峰值的次数；
c)从预先建立的模型中提取所述熔断器元件(14a,14b)所能承受的电流峰值的阈值次数；
d)将所述熔断器元件(14a,14b)的所述老化状态确定为在步骤b)中计算出的所述计数与在步骤c)中提取的所述阈值次数之间的商，当所述商达到100％时，认为所述熔断器元件(14a,14b)已报废。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括附加步骤，该附加步骤包括测量所述熔断器盒内的温度(T1,T2)，并且其中，根据所述熔断器盒内的所述温度(T1,T2)来选择所述预先建立的模型。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤c)中提到的所述预先建立的模型是基于实验数据预先建立的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述实验数据由熔断器制造商提供。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤b)中能够递增多次计数，要递增的所述计数的选择取决于所述峰值的幅值和持续时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法还包括附加步骤，该附加步骤包括在每个新的电流峰值处计算所述电流峰值的平方值与时间的乘积，并相应地选择所述计数。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法还包括附加步骤，该附加步骤包括：
-测量并监测每个熔断器元件(14a,14b)两端的电压(V1,V2)；
-检测过电压事件，所述过电压事件对应于所监测的电压(V1,V2)超过制造商推荐值的情形；
-记录所述过电压事件的幅值和持续时间；
-从预先建立的模型中提取所述熔断器元件(14a,14b)在过电压事件期间所能承受的最大持续时间；
-将所述熔断器元件(14a,14b)的所述老化状态确定为过电压事件的持续时间与从预先建立的模型中提取的最大持续时间之间的商，当所述商达到100％时，认为所述熔断器元件(14a,14b)已报废。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每个熔断器元件(14a,14b)的所述老化状态被显示在所述车辆的仪表盘屏幕上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，每个熔断器元件(14a,14b)的所述老化状态被作为柱状图显示在所述车辆的仪表盘屏幕上。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当所述熔断器元件(14a,14b)之一被确定为报废时，发送警报。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述警报被显示在所述车辆内部的显示屏上和/或发送到远程服务器以引起车队管理者的注意。
12.一种用于重型车辆(100)的电熔断器维护系统(10)，其包括能够计算根据任一前述权利要求所述的方法的步骤的中央处理单元(CPU)。
13.根据权利要求12所述的电熔断器维护系统(10)，还包括：
-传感器装置(18a,18b,20a,20b,22,24)，所述传感器装置适于测量流过熔断器元件(14a,14b)的电流(I1,I2)、所述熔断器元件(14a,14b)上的电压(V1,V2)、所述熔断器元件(14a,14b)的温度(T1,T2)和/或所述熔断器元件(14a,14b)周围的环境的温度(T0)，
-控制器(30)，所述控制器(30)被配置成：在所述熔断器元件(14a,14b)连接到通电的电功率单元(12a,12b)的同时，在一段时间内监测所述电流(I1,I2)、所述电压(V1,V2)和所述温度(T0,T1,T2)，
其特征在于，基于所监测到的所述电流(I1,I2)、电压(V1,V2)和温度(T0,T1,T2)，所述控制器(30)适于估计所述熔断器元件(14a,14b)的剩余使用寿命。
14.根据权利要求13所述的系统(10)，其特征在于，所述控制器(30)还被配置成确定以下特征中的至少一个特征：电流-时间曲线的电流峰值和/或波形、电压-时间曲线的电压峰值和/或波形、当所述电流峰值和/或电压峰值出现时所述熔断器元件的温度、所述熔断器元件在一段时间内的最高温度和/或最低温度；并且被配置成将所述至少一个特征传送到适于实现算法的计算设备(31)，所述算法分析所述至少一个特征以估计所述熔断器元件(14a,14b)的剩余使用寿命。
15.根据权利要求14所述的系统(10)，其特征在于，所述计算设备(31)适于基于公式E＝IC 2*t，针对由所述控制器(30)在所述电流-时间曲线中识别出的每个波形来计算通过所述熔断器元件(14a,14b)的脉冲能量E，其中，IC对应于所述电流峰值的值，而t是波的持续时间。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的系统(10)，其特征在于，所述控制器(30)适于确定其中所述电压(V1,V2)和/或所述温度(T1,T2)高于或低于阈值的时间段内的具体时间区域，并且所述计算设备(31)适于计算所述具体时间区域的持续时间。
17.根据权利要求15所述的系统(10)，其特征在于，所述计算设备(31)适于将所计算出的脉冲能量和/或所计算出的持续时间关联到所述算法中，以估计所述熔断器元件(14a,14b)的剩余使用寿命。
18.根据权利要求13至15中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，所述控制器(30)被配置成传送关于所述熔断器元件(14a,14b)的估计剩余使用寿命的信息。
19.根据权利要求13至15中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，所述控制器(30)被配置成将所述熔断器元件(14a,14b)的估计剩余使用寿命与记录在所述系统的内部数据存储器(32)中的理论极限值进行比较，并在所述熔断器元件(14a,14b)的所述估计剩余使用寿命低于所述理论极限值时显示告警警报。
20.一种电气系统(100)，其包括至少一个熔断器元件(14a,14b)和根据权利要求13至19中的任一项所述的电熔断器维护系统(10)。
21.一种机动车辆(110)，所述机动车辆包括根据权利要求20所述的电气系统(100)。
22.根据权利要求21所述的机动车辆(110)，其中，所述机动车辆为卡车。
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